JP2938710B2 - 加工性および高温強度に優れたFe−Cr合金 - Google Patents

加工性および高温強度に優れたFe−Cr合金

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は加工性と高温強度に優れ
たFe−Cr合金に関する。本発明はまた加工性と高温
強度に加え、耐酸性および/または耐酸化性に優れたF
e−Cr合金に関する。
【0002】
【従来の技術】一般にFe−Cr合金は耐食性に優れた
材料として知られているが、耐食性および加工性の改善
も含めてFe−Cr合金の物性の改良が以下の例示のご
とくに各種提案されている。
【0003】特公昭63−58904号公報ではCr含
量11.0〜16.0重量%のFe−Cr合金で、特に
Ti含量を特定量とした張り出し性および二次加工性に
優れたフェライト系ステンレス鋼を提案している。
【0004】特公昭64−6264号公報ではCr含量
8.0〜35.0重量%のFe−Cr合金で、特にS
i,MnおよびNbを各々特定量含有した体銹性に優れ
たステンレス鋼光輝焼鈍材を提案している。
【0005】特公平2−1902号公報ではCr含量が
20.0重量%を越え25重量%以下のFe−Cr合金
で、特にMo,MnおよびNbを各々特定量含有せしめ
た溶接時の耐高温割れ性および溶接部靱性に優れた耐食
性フェライトステンレス鋼を提案している。
【0006】特開昭61−186451号公報ではCr
含量が25〜50重量%のFe−Cr合金で、特にS
i,MnおよびMoを特定量含有せしめた耐サワー性に
優れた合金を提案している。
【0007】特開昭62−267450号公報でCr含
量16〜19重量%のFe−Cr系合金であって、特に
Moを特定量含有せしめた耐粒界腐食性に優れる高純度
フェライト系ステンレス鋼を提案している。
【0008】特開平1−287253号公報ではCr含
量15〜26重量%、Al含量4〜6重量%のFe−C
r−Al合金であって、希土類元素を少量特定量含有せ
しめた耐酸化性および製造性に優れたAl含量フェライ
ト系ステンレス鋼を提案している。
【0009】特開平2−232344号公報ではCr含
量25.0〜30.0重量%のFe−Cr系合金であっ
て、特にMoを特定量含有せしめた耐成分付着性および
耐海水性に優れたフェライト系ステンレス鋼を提案して
いる。
【0010】特開平3−2355号公報ではCr含量1
6.0〜25.0重量%のFe−Cr合金であって、特
にNbをCとNの合計量との比において特定量含有せし
めた冷間加工性、靱性、耐食性に優れたフェライト系ス
テンレス鋼を提案している。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】これらFe−Cr合金
は、まずは耐食性を重要視するので、Crを比較的多量
に使用する。その結果、延性が低下し加工性が必ずしも
充分でなく用途に応じた所望の形状に仕上げることが困
難となり、結局使えない事例も少なくない。例えばパイ
プ成形し、曲げ加工を施して配管用途に使用する場合
に、曲げ加工時に破断するなどのトラブルが生じ、より
一層の加工性の向上が望まれていた。
【0012】更に、高温における強度も充分でなく、高
温に晒される用途例えば自動車排ガス用エキゾーストパ
イプでは高温強度や高温疲労特性など一層の改善が望ま
れていた。また、耐酸性が要請される化学産業用プラン
ト材料として用途にはさらに改善が望まれていた。
【0013】即ち、本発明の目的は加工性および高温に
おける強度が改善されたFe−Cr合金を提供すること
である。本発明の他の目的は、加工性および高温強度に
加えて、耐酸性および/または耐酸化性に優れたFe−
Cr合金を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明者は上記目的を達
成すべく鋭意研究を行った結果、意外にも従来のFe−
Cr合金に存在していたC,N,O,P,Sなどの不純
物性が極めて少いFe−Cr合金が著しく延性において
優れることを見い出し、更に不純物が極めて少いFe−
Cr合金にTi,Nb,Zr,V,Ta,WおよびBか
ら選択される1種以上を特定量添加した合金は高温での
強度が改善されることを見い出し本発明を完成するに到
った。
【0015】本発明によれば、Cr含量が3〜60重量
%、C,N,O,PおよびSの合計量が100ppm以
下、かつTi,Nb,Zr,V,Ta,WおよびBから
選択される1種以上を下記式(1)を満たす量含有し、
残部Feおよび不可避的不純物からなることを特徴とす
る加工性および高温強度に優れたFe−Cr合金が提供
される。 0.01重量%≦Ti+Nb+Zr+V+Ta+W+50B≦6重量% ……(1)
【0016】また、本発明によれば、Cr含量が5〜6
0重量%、C,N,O,P及びSの合計量が100pp
m以下、Ti,Nb,Zr,V,Ta,W及びBから選
択される1種以上を下記式(1)を満たす量含有し、さ
らにNi,CoおよびCuから選択される1種以上を下
記式(2)を満たす量含有し、残部Feおよび不可避的
不純物からなることを特徴とする加工性、高温強度およ
び耐酸性に優れたFe−Cr合金が提供される。 0.01重量%≦Ti+Nb+Zr+V+Ta+W+50B≦6重量% ……(1) 0.01重量%≦Ni+Co+2Cu≦6重量% ……(2)
【0017】また、本発明によれば、Cr含量が3〜6
0重量%、C,N,O,PおよびSの合計量が100p
pm以下、Ti,Nb,Zr,V,Ta,WおよびBか
ら選択される1種以上を下記式(1)を満たす量含有
し、さらにAl,SiおよびMnから選択される1種以
上を下記式(3)を満たす量および/またはCa,Mg
および希土類元素(REM)から選択される1種以上を
下記式(4)を満たす量含有し、残部Feおよび不可避
的不純物からなることを特徴とする加工性、高温強度お
よび耐酸化性に優れたFe−Cr合金が提供される。 0.01重量%≦Ti+Nb+Zr+V+Ta+W+50B≦6重量% ……(1) 0.1重量%≦3Al+2Si+Mn≦50重量% ……(3) 0.001重量%≦4Ca+4Mg+REM≦0.2重量% ……(4)
【0018】さらに、Cr含量が5〜60重量%、C,
N,O,PおよびSの合計量が100ppm以下、T
i,Nb,Zr,V,Ta,WおよびBから選択される
1種以上を下記式(1)を満たす量含有し、さらにN
i,CoおよびCuから選択される1種以上を下記式
(2)を満たす量含有し、さらにAl,SiおよびMn
から選択される1種以上を下記式(3)を満たす量およ
び/またはCa,Mgおよび希土類元素(REM)から
選択される1種以上を下記式(4)を満たす量含有し、
残部Feおよび不可避的不純物からなることを特徴とす
る加工性、高温強度、耐酸性および耐酸化性に優れたF
e−Cr合金が提供される。 0.01重量%≦Ti+Nb+Zr+V+Ta+W+50B≦6重量% ……(1) 0.01重量%≦Ni+Co+2Cu≦6重量% ……(2) 0.1重量%≦3Al+2Si+Mn≦50重量% ……(3) 0.001重量%≦4Ca+4Mg+REM≦0.2重量% ……(4)
【0019】
【作用】以下に本発明をさらに詳細に説明する。 (I)まず、加工性および高温強度に優れた本発明のF
e−Cr合金について説明する。図1はFe−18%C
r合金に関してC,N,O,PおよびSの合計量と室温
での引張試験の結果を、上記合計量が500ppm程度
の従来合金を基準として、示したものである。従来合金
と比較してその含有量が100ppm以下になると、伸
びの値が向上し、降伏強さの低下が著しくなり、如実に
延性が改善されていることがわかる。図1中、伸びの変
化(%)、耐力(降伏強度)の変化(N/mm2 )と
は、各合金成分についてC+N+O+S+P=500p
pmのものとの引張特性の差を示すものである。基本と
なる引張特性は、以下の通りである。 Fe−18Cr,C+N+O+S+P=500ppmで
伸び30%、耐力330N/mm2 Fe−30Cr,C+N+O+S+P=500ppmで
伸び25%、耐力450N/mm2
【0020】図2は、(Ti+Nb+Zr+V+Ta+
W+50B)の値と高温耐力(900℃)の増加との関
係を示すグラフであり、上記の値が0.01重量%以上
となると高温強度の増加分は0.1N/mm2 以上とな
り、高温での強度が向上することが明らかである。
【0021】次に本発明合金の組成について説明する。 Cr:3〜60重量%、好ましくは5〜45重量%含有
する。上記範囲であれば本発明の他の条件と結合して、
耐酸化性に優れた合金となるが、60重量%を越えての
過剰の含有はコスト高となり好ましくない。
【0022】C,N,O,P,S;これらの元素の合計
量は100ppm以下、好ましくは85ppm以下であ
る。この事により合金の延性、即ち加工性が改善される
と同時に、前記で規定したCr含量の条件と結合して耐
酸化性に優れる。この量が100ppmを越えるとこの
ような優れた効果を示さない。
【0023】Ti,Nb,Zr,V,Ta,Wおよび
B;これらの元素の一種以上を含有しその含量は下記式
(1)、好ましくは式(1a)を満たすよう添加され
る。 0.01重量%≦Ti+Nb+Zr+V+Ta+W+50×B≦6重量% ……(1) 0.1重量%≦Ti+Nb+Zr+V+Ta+W+50×B≦4重量% ……(1a) これらの元素を上記範囲量含有することにより、高温に
おける強度が改善される。しかし、これらの元素を過剰
に配合し、式(1)の範囲を逸脱すると、高温強度は維
持されるが、材料の脆性が助長される不具合が生じる。
また、Ti,Nb,Zr,V,Ta,WまたはBの含有
量は各々以下の範囲であることが好ましい。 Ti:Ti≦5(C%+N%) Nb:0.01〜1重量% Zr:0.01〜1重量% V :0.02〜1重量% Ta:0.01〜1重量% W :0.03〜1重量% B :0.0003〜0.3重量%
【0024】以上の条件を充足する本発明の合金は加工
性に優れ、しかも高温強度に優れるのでパイプ成形とそ
の後の曲げ加工を伴なうような自動車排ガス用パイプな
どの用途に好適である。
【0025】本発明の(I)につき上述したFe−Cr
合金を製造するには原料として、まず超高純度電解鉄と
電解Crを用いる。いずれの原料も主たる不純物は酸素
であり、この酸素を除去するために例えば10-5tor
r以上の超高真空下で溶解、鋳造することにより本発明
のFe−Cr合金を製造することができる。
【0026】(II)次に、加工性、高温強度および耐酸
性に優れた本発明のFe−Cr合金について説明する。
図1はFe−18%Cr合金に関してC,N,O,Pお
よびSの合計量と室温での引張試験の結果を、上記合計
量が500ppm程度の従来合金を基準として、示した
ものである。従来合金と比較してその含有量が100p
pm以下になると、伸びの値が向上し、降伏強さの低下
が著しくなり、如実に延性が改善されていることがわか
る。
【0027】図2は、(Ti+Nb+Zr+V+Ta+
W+50B)の値と高温耐力(900℃)の増加との関
係を示すグラフであり、上記の値が0.01重量%以上
となると高温耐力の増加分は0.1N/mm2 以上とな
り、高温での強度が向上することが明らかである。
【0028】図3はFe−36%Cr−3.2%Co合
金に関して、C,N,P,O及びSの合計量と腐食度と
の関係を示すグラフであり、該合計量が100ppm以
内では腐食度が極めて低いことが明らかである。
【0029】図4は、Fe−Cr−1.6%Ni−1.
4%Co合金に関し、Cr含有量と腐食度との関係を
C,N,O,P及びSの合計量が100ppm以下の場
合と100ppmを超える場合につきグラフに示したも
のである。図2からC+N+O+P+Sが100ppm
以下の合金は100ppmを超える合金と比べて腐食度
が著しく低くしかもCr量が5重量%以上であるとその
傾向は顕著であることが明らかである。
【0030】図5は、Fe−38%Cr合金(但し、C
+N+O+P+S=62ppm)について、Ni+Co
+2Cuと腐食度との関係を示す図であり、Ni+Co
+2Cuの値が0.01重量%以上となると腐食度が低
下することが明らかにされている。
【0031】図6は、Fe−46%Cr−3.0%Co
−1.2%Cu合金(但し、C+N+O+P+S=64
ppm)につき、Ti+Nb+Zr+Ta+V+W+5
0Bの値(重量%)と腐食度との関係を示す図であり、
上記の値が0.01重量%以上であると腐食度が低いこ
とが明らかにされている。
【0032】次に、本発明合金の組成について説明す
る。Cr:5〜60重量%、好ましくは10〜40重量
%である。Cr含量がこの範囲であることにより〔作
用〕の項で説明した如く耐酸性に優れた合金が得られ
る。過剰のCrの含有は加工性の低下の原因となり好ま
しくない。また、耐酸性の改善に対する効果も飽和す
る。
【0033】C,N,O,P,S:これらの元素の合計
量は100ppm以下、好ましくは85ppm以下であ
る。〔作用〕の項で説明したように、100ppm以下
であることにより他の条件と結合して優れた高温強度、
耐酸性を示すと共に加工性において優れる。
【0034】Ti,Nb,Zr,V,Ta,Wおよび
B;これらの元素の一種以上を含有しその含量は下記式
(1)、好ましくは式(1a)を満たすよう添加され
る。 0.01重量%≦Ti+Nb+Zr+V+Ta+W+50B≦6重量% ……(1) 0.1重量%≦Ti+Nb+Zr+V+Ta+W+50B≦4重量% ……(1a) 上記範囲量含有することにより、高温に於ける強度が改
善される。しかし、これらの元素を過剰に配合し、式
(1)の範囲を逸脱すると、高温強度は維持されるが材
料の脆性が助長される。また、Ti、Nb,Zr,V,
Ta,WまたはBの含有量は各々以下の範囲であること
が好ましい。 Ti:Ti≦5(C重量%+N重量%) Nb:0.01〜1重量% Zr:0.01〜1重量% V :0.02〜1重量% Ta:0.01〜1重量% W :0.03〜1重量% B :0.0003〜0.3重量%
【0035】Cu,Ni,Co;これらの元素はいずれ
も合金の耐酸性向上作用を有する重要かつ有用な元素で
ある。本発明合金においては、これらの元素から選択さ
れる1種以上が含有されており、その量は下記の式を充
足するような範囲である。
【0036】 0.01重量%≦Ni+Co+2Cu≦6重量% ……(2) 好ましくは、0.05重量%≦Ni+Co+2Cu≦5.0重量% ……(2a) Ni,Co,Cuの配合量が上記範囲より少いと耐食性
が劣り、多いと合金の製造性が劣る。
【0037】また、Ni,Co,Cuの各々の好ましい
含量は以下の如くであり、その理由は上記と同様であ
る。 Ni;0.05〜5.0重量% Co;0.05〜5.0重量% Cu;0.05〜2.5重量%
【0038】以上の条件を満たす、Fe−Cr合金は、
加工性、高温強度に於いて優れると共に耐酸性において
著しく優れた性質を示す。
【0039】本発明の(II)で述べたFe−Cr合金
は、原料として、超高純度電解Fe、電解Cr、電解N
i、電解Cu、電解Co、ヨウ化物法Ti、電解還元N
b、融解塩電解Zr、還元V、電解Ta、電解還元W、
高純度フェロボロンなどを用いることにより製造するこ
とができる。
【0040】いずれの含量も主たる不純物は酸素であ
り、この酸素を除去するために10-5torr好ましく
は10-7torrを超える超高真空下で溶解、鋳造する
ことにより本発明のFe−Cr合金を製造することがで
きる。
【0041】(III) 次に、加工性、高温強度および耐酸
化性に優れた本発明のFe−Cr合金につき説明する。
図1はFe−18%Cr合金に関してC,N,O,Pお
よびSの合計量と室温での引張試験の結果を、上記合計
量が500ppm程度の従来合金を基準として、示した
ものである。従来合金と比較してその含有量が100p
pm以下になると、伸びの値が向上し、降伏強さの低下
が著しくなり、如実に延性が改善されていることがわか
る。
【0042】図2は、(Ti+Nb+Zr+V+Ta+
W+50B)の値と高温耐力(900℃)の増加との関
係を示すグラフであり、上記の値が0.01重量%以上
となると高温耐力の増加分は0.1N/mm2 以上とな
り、高温での強度が向上することが明らかである。
【0043】図7はC+N+O+P+Sの合計量が10
0ppm以上と100ppm以下のFe−Cr合金につ
いての耐酸化性試験結果(大気中1350k、12hr
スケール除去後の重量減)を示すグラフである。Cr含
有量が12重量%以上である従来のステンレス鋼と同等
以上の特性が、C,N,O,PおよびSの合計量が10
0ppm以下の場合、Cr含有が3重量%以上で得ら
れ、高純度化により低Cr化が達成され省資源化される
ことが明らかである。
【0044】図8は、Fe−(15〜30)%Cr合金
に関し、耐酸化性試験(大気中1350K、12hrス
ケール除去後の重量減)の結果を示すグラフである。
(3Al+2Si+Mn)が0.1重量%以上で耐酸化
性に優れていることが明白である。
【0045】図9は、Fe−(15〜30)%Cr合金
に関し、耐酸化性試験(大気中1350K、12hrス
ケール除去後の重量減)の結果を示すグラフである。
(4Ca+4Mg+REM)が0.001重量%以上で
耐酸化性に優れていることが明白である。
【0046】次に、本発明合金の組成および態様につい
て説明する。本発明の加工性、高温強度および耐酸化性
に優れたFe−Cr合金については下記の三態様があ
り、それぞれについて説明する。
【0047】(1)本発明の第1の態様 Cr:3〜60重量%、好ましくは5〜45重量%含有
する。上記範囲であれば本発明の他の条件と結合して、
耐酸化性に優れた合金となるが、60重量%を越えての
過剰の含有はコスト高となり好ましくない。
【0048】C,N,O,P,S;これらの元素の合計
量は100ppm以下、好ましくは85ppm以下であ
る。このようにこれらの元素の含量を低減することによ
り合金の延性、即ち加工性が改善されると同時に、前記
で規定したCr含量の条件と結合して耐酸化性に優れた
合金となる。この量が100ppmを越えるとこのよう
な優れた効果を示さない。
【0049】Ti,Nb,Zr,V,Ta,Wおよび
B;これらの元素の一種以上を含有しその含量は下記式
(1)、好ましくは式(1a)を満たすよう添加され
る。 0.01重量%≦Ti+Nb+Zr+V+Ta+W+50B≦6重量% ……(1) 0.1重量%≦Ti+Nb+Zr+V+Ta+W+50B≦4重量% ……(1a) 上記範囲量含有することにより、高温に於ける強度が改
善される。しかし、これらの元素を過剰に配合し、式
(1)の範囲を逸脱すると、高温強度は維持されるが材
料の脆性が助長される。また、Ti、Nb,Zr,V,
Ta,WまたはBの含有量は各々以下の範囲であること
が好ましい。 Ti:Ti≦5(C重量%+N重量%) Nb:0.01〜1重量% Zr:0.01〜1重量% V :0.02〜1重量% Ta:0.01〜1重量% W :0.03〜1重量% B :0.0003〜0.3重量%
【0050】Al,Si,Mn:これらの元素の一種以
上を含有し、その含量は下記式(3)、好ましくは(3
a)を満たすよう添加される。 0.1重量%≦3Al+2Si+Mn≦50重量% ……(3) 0.3重量%≦3Al+2Si+Mn≦30重量% ……(3a) これらの元素を上記範囲含有することにより耐酸化性が
著しく向上する。しかしながら過剰に添加して3Al+
2Si+Mnの値が50重量%を超えると加工性が劣化
するため好ましくない。また、Al,SiまたはMnの
含有量は各々以下の範囲であることが好ましい。 Al:0.1〜4重量% Si:0.3〜3重量% Mn:0.5〜10重量%
【0051】(2)本発明の第2の態様 Cr含量、C,N,O,PおよびSの含量、Ti等の好
ましい含量に関しては第1の態様で記載したことが本態
様においても適用される。第2の態様の合金において
は、Ca,MgおよびREMから選択される1種以上を
下記のように含有せしめる。
【0052】Ca,Mg,REM:これらの元素は、本
発明の合金に於いて、必須成分では無いが、下記式
(4)を満たすよう含有せしめることにより一層耐酸化
性が向上し、好ましい結果を得る。しかしながら、これ
らの元素を過剰に含有せしめて(4Ca+4Mg+RE
M)の値が0.2重量%をこえると合金の表面欠陥を生
じやすくなるので好ましくない。 0.001重量%≦4Ca+4Mg+REM≦0.2重量% ……(4) また、Ca、MgまたはREMの含有量は以下の範囲で
あることが好ましい。Ca :0.0002〜0.03
重量% Mg :0.0003〜0.03重量% REM:0.0005〜0.15重量%
【0053】以上の条件を充足する本発明の合金は加工
性に優れ、しかも高温強度および耐酸化性に優れるので
自動車排ガス用パイプなどの用途に好適である。
【0054】本発明のFe−Cr合金を製造するには原
料として、まず超高純度電解鉄と電解Crを用いる。い
ずれの原料も主たる不純物は酸素であり、この酸素を除
去するために10-7torrよりも高い超高真空下で溶
解、鋳造することにより本発明のFe−Cr合金を製造
することができる。
【0055】(3)本発明の第3の態様 前記で詳述した本発明の第1の態様の合金の条件および
第2の態様の合金の条件のいずれをも満たす合金、すな
わち、Cr含量が3〜60重量%、C,N,O,Pおよ
びSの合計量が100ppm以下であり、さらに、T
i,Nb,Zr,V,Ta,WおよびBから選択される
1種以上を前記式(1)を満たす量含有し、かつ、S
i,MnおよびAlから選択される1種以上を前記式
(3)を満たす量含有し、しかも、Ca,Mgおよび希
土類元素(REM)から選択される1種以上を前記式
(4)を満たす量含有するFe−Cr合金も一層優れた
耐酸化性および加工性を有する合金であり、前記の用途
に好ましく用いられる。
【0056】これら3種の態様を包含する本発明のFe
−Cr合金を製造するには原料として、超高純度電解
鉄、電解クロム、ゾーンメルト法シリコン、融解塩電解
マンガン、融解塩電解アルミニウム、融解塩電解カルシ
ウム、電解還元マグネシウム、電解還元希土類金属を用
いる。いずれの原料も主たる不純物は酸素であり、この
酸素を除去するために10-5torrよりも高いの超高
真空下で溶解、鋳造することにより本発明のFe−Cr
合金を製造することができる。
【0057】(IV)最後に、加工性、高温強度に加え、
耐酸性および耐酸化性に優れた本発明のFe−Cr合金
について説明する。本発明のこの合金は、(II)で述べ
た特に耐酸性に優れた合金組成に加え、(III) で述べた
特に耐酸化性に優れた合金組成を加味したものである。
したがって、以下にはその態様のみを示し、詳細な説明
は(II)および(III) において説明した通りであるので
省略する。
【0058】この発明には(III) の発明と同様に三態様
があり、C+N+O+P≦100ppmであり、Cr:
5〜60重量%であり、0.01%≦Ti+Nb+Zr
+V+W+50B≦6%であることに加えて、変化する
部分のみを以下に各態様ごとに説明する。 (1)本発明の第1の態様 Ni,CoおよびCuから選択される1種以上を下記式
(2)を満たす量含有する。 0.01重量%≦Ni+Co+2Cu≦6重量% ………(2) Si,MnおよびAlから選択される1種以上を下記式
(3)を満たす量含有する。 0.1重量%≦3Al+2Si+Mn≦50重量% ………(3)
【0059】(2)本発明の第2の態様 Ni,CoおよびCuから選択される1種以上を下記式
(2)を満たす量含有する。 0.01重量%≦Ni+Co+2Cu≦6重量% ………(2) Ca,Mgおよび希土類元素(REM)から選択される
1種以上を下記式(4)を満足する量含有する。 0.001重量%≦4Ca+4Mg+REM≦0.2重量% ……(4)
【0060】(3)本発明の第3の態様 Ni,CoおよびCuから選択される1種以上を下記式
(2)を満たす量含有する。 0.01重量%≦Ni+Co+2Cu≦6重量% ………(2) Si,MnおよびAlから選択される1種以上を下記式
(3)を満たす量含有する。 0.1重量%≦3Al+2Si+Mn≦50重量% ………(3) Ca,Mgおよび希土類元素(REM)から選択される
1種以上を下記式(4)を満足する量含有する。 0.001重量%≦4Ca+4Mg+REM≦0.2重量% ……(4)
【0061】なお、この発明合金の製法等については上
記と全く同様であるので、詳細な説明は省略する。
【0062】
【実施例】以下に本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。 (実施例1)発明合金1〜6、比較合金1〜6に対応…
…請求項1に対応 表1に示す組成の合金を超高純度電解鉄と電解法などに
よる高純度金属素材を用いて10-5Torr以上の超高
真空溶解にて溶製した。
【0063】これを約1200℃に加熱後熱間圧延にて
約5mm厚に仕上げ、最終的に1.0〜2.0t mmに冷
間圧延後、再結晶と結晶粒径の調整のための焼鈍を50
0〜1100℃で施した。
【0064】これから、室温および高温での引張試験片
を切り出し、JISに準拠してそれぞれの試験を行った
(室温引張試験片はJIS5号とし、高温引張はJIS
G0567に従った)。
【0065】また、酸化試験は、高純度金属を高真空下
で溶製した表1のサンプルについて1350kで12h
r大気雰囲気の電気炉で加熱し、その後室温まで空冷
し、試片表面のスケールを除去した際の重量減を測定
し、耐酸化性の指標とした。結果を表2に示した。表2
の結果から、本発明の成分範囲では比較例の成分範囲の
材料に比べて、加工性、高温強度ともに著しく向上する
ことが明らかである。
【0066】(実施例2)発明合金7〜12、比較合金
7〜9に対応……請求項2に対応 表1に示す成分範囲の供試材を100kg高周波誘導加
熱超高真空溶製炉にて作製した。これらの供試材を鍛
造、切削、熱間圧延を行った後、焼鈍、冷間圧延を行っ
て1.0mm厚の鋼板を製造した。
【0067】しかるのち、これらの材料から1mmt ×
50mm×50mmの試験片を作製し、 5%HCl中、40℃、24時間浸漬試験 40%H2 SO4 、50℃、24時間浸漬試験 を行い、腐食度(g/m2・hr)を測定した。その結果を表
2にまとめて示す。表2の結果から、本発明の成分範囲
では比較例の成分範囲の材料に比べて酸浸漬試験での腐
食が大巾に抑制されることが明らかである。
【0068】これらの結果から、Fe−Cr系(5≦C
r≦60)合金で、C,N,O,P,Sを含有量を合計
で100ppm以下とし、かつCa,Ni,Coの1種
又は2種以上を0.01重量%≦Co+Ni+2Cu≦
6重量%の範囲で含むことで耐酸性にすぐれる合金が得
られることが明らかである。
【0069】また、上記成分系に加えてTi,Nb,Z
r,V,Ta,W,Bのうちの1種又は2種以上を0.
01重量%≦Ti+Nb+Zr+V+Ta+W+50B
≦6.0重量%の範囲で含むことでさらに耐酸性に優れ
る合金の得られることが明らかである。
【0070】(実施例3)発明合金13〜26、比較合
金10〜12に対応……請求項3に対応 表1に示す組成の合金を超高純度電解鉄と電解Crおよ
び高純度金属素材を用いて10-7Torr以上超高真空
溶解にて溶製した。
【0071】これを約1200℃に加熱後熱間圧延にて
約5mm厚に仕上げ、最終的に1.0〜2.0t mmに冷
間圧延後、再結晶と結晶粒径の調整のための焼鈍を50
0〜1100℃で施した。
【0072】これから、室温および高温での引張試験片
を切り出し、JISに準拠してそれぞれの試験を行った
(室温引張試験片はJIS 5号とし、高温引張はJI
SG0567に従い、900℃で行った)。
【0073】また、酸化試験は、1350kで12h
r、大気雰囲気の電気炉で加熱し、その後室温まで空冷
し、試験片表面のスケールを除去した際の重量減を測定
し、耐酸化性の指標とした。表2に試験結果を示す。表
2より、本発明の成分範囲では比較例の成分範囲に比べ
て、大巾に耐酸化性が向上することが明らかである。
【0074】 (実施例4)発明合金27〜29……請求項4に対応 表1に示す組成の合金を超高純度電解鉄と電解Crおよ
び高純度金属素材を用いて10-7Torr以上超高真空
溶解にて溶製した。
【0075】これを約1200℃に加熱後熱間圧延にて
約5mm厚に仕上げ、最終的に1.0〜2.0t mmに冷
間圧延後、再結晶と結晶粒径の調整のための焼鈍を50
0〜1100℃で施した。得られた供試材に対して、上
記の実施例と同様の5%HCl、40℃腐食度、4
0%H2 SO4 、50℃腐食度、900℃高温引張試
験を行ない、同じように評価し、その結果を表2に示
す。本発明の範囲に入っているものは優れた特性を示す
ことが明白に示されている。
【0076】(伸びおよび耐力の変化)上記全ての実施
例で得られた供試材につき、伸びの変化および耐力(降
伏強度)の変化を調べた。伸びの変化(%)、耐力(降
伏強度)の変化(N/mm2 )とは、各合金成分につい
て、C+N+O+S+P=500ppmのものとの引張
特性の差を示す。 基本となる引張特性は、以下の通りである。 Fe−18Cr,C+N+O+S+P=500ppmで
伸び30%、耐力330N/mm2 Fe−30Cr,C+N+O+S+P=500ppmで
伸び25%、耐力450N/mm2
【0077】
【表1】
【0078】
【表2】
【0079】
【表3】
【0080】
【表4】
【0081】
【表5】
【0082】
【表6】
【0083】
【表7】
【0084】
【表8】
【0085】
【表9】
【0086】
【表10】
【0087】
【発明の効果】本発明の合金は、加工性、高温における
強度、あるいはこれらに加えて耐酸性および/または耐
酸化性に優れるので自動車排ガス用パイプなどの用途に
好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 Fe−18%Cr合金に関して、C,N,
O,PおよびSの合計量と引張特性との関係を示すグラ
フである。
【図2】 Ti+Nb+Zr+V+Ta+W+50Bと
高温耐力の増加との関係を示すグラフである。
【図3】 C,N,P,O,Sの合計量と腐食度の関係
を示すグラフである。
【図4】 Cr量と腐食度の関係を示すグラフである。
【図5】 Ni+Co+2Cuと腐食度の関係を示すグ
ラフである。
【図6】 Ti+Nb+Zn+Ta+V+W+50Bと
腐食度の関係を示すグラフである。
【図7】 Cr含量と耐酸化試験後の重量減との関係を
示すグラフである。
【図8】 (3Al+2Si+Mn)と耐酸化性の関係
を示すグラフである。
【図9】 (4Ca+4Mg+REM)と耐酸化性の関
係を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢 沢 好 弘 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎 製鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者 加 藤 康 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎 製鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者 大和田 哲 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎 製鉄株式会社技術研究本部内 (56)参考文献 特開 昭57−134542(JP,A) 特開 昭53−2328(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C22C 27/00 - 38/52

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Cr含量が3〜60重量%、C,N,O,
    PおよびSの合計量が100ppm以下、かつTi,N
    b,Zr,V,Ta,WおよびBから選択される1種以
    上を下記式(1)を満たす量含有し、残部Feおよび不
    可避的不純物からなることを特徴とする加工性および高
    温強度に優れたFe−Cr合金。 0.01重量%≦Ti+Nb+Zr+V+Ta+W+50B≦6重量% ……(1)
  2. 【請求項2】Cr含量が5〜60重量%、C,N,O,
    P及びSの合計量が100ppm以下、Ti,Nb,Z
    r,V,Ta,W及びBから選択される1種以上を下記
    式(1)を満たす量含有し、さらにNi,CoおよびC
    uから選択される1種以上を下記式(2)を満たす量含
    有し、残部Feおよび不可避的不純物からなることを特
    徴とする加工性、高温強度および耐酸性に優れたFe−
    Cr合金。 0.01重量%≦Ti+Nb+Zr+V+Ta+W+50B≦6重量% ……(1) 0.01重量%≦Ni+Co+2Cu≦6重量% ……(2)
  3. 【請求項3】Cr含量が3〜60重量%、C,N,O,
    PおよびSの合計量が100ppm以下、Ti,Nb,
    Zr,V,Ta,WおよびBから選択される1種以上を
    下記式(1)を満たす量含有し、さらにAl,Siおよ
    びMnから選択される1種以上を下記式(3)を満たす
    量および/またはCa,Mgおよび希土類元素(RE
    M)から選択される1種以上を下記式(4)を満たす量
    含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなることを
    特徴とする加工性、高温強度および耐酸化性に優れたF
    e−Cr合金。 0.01重量%≦Ti+Nb+Zr+V+Ta+W+50B≦6重量% ……(1) 0.1重量%≦3Al+2Si+Mn≦50重量% ……(3) 0.001重量%≦4Ca+4Mg+REM≦0.2重量% ……(4)
  4. 【請求項4】Cr含量が5〜60重量%、C,N,O,
    PおよびSの合計量が100ppm以下、Ti,Nb,
    Zr,V,Ta,WおよびBから選択される1種以上を
    下記式(1)を満たす量含有し、さらにNi,Coおよ
    びCuから選択される1種以上を下記式(2)を満たす
    量含有し、さらにAl,SiおよびMnから選択される
    1種以上を下記式(3)を満たす量および/またはC
    a,Mgおよび希土類元素(REM)から選択される1
    種以上を下記式(4)を満たす量含有し、残部Feおよ
    び不可避的不純物からなることを特徴とする加工性、高
    温強度、耐酸性および耐酸化性に優れたFe−Cr合
    金。 0.01重量%≦Ti+Nb+Zr+V+Ta+W+50B≦6重量% ……(1) 0.01重量%≦Ni+Co+2Cu≦6重量% ……(2) 0.1重量%≦3Al+2Si+Mn≦50重量% ……(3) 0.001重量%≦4Ca+4Mg+REM≦0.2重量% ……(4)
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