JP6190873B2 - 耐熱オーステナイト系ステンレス鋼板 - Google Patents

耐熱オーステナイト系ステンレス鋼板 Download PDF

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Description

本発明は、最高温度1100℃に達する高温環境で使用される耐熱オーステナイト系ステンレス鋼板に関する。
本願は、2013年3月28日に、日本に出願された特願2013−069220号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
近年の自動車の排ガス規制強化に伴い、エンジンの高効率化を追求する傾向となっている。エンジンの燃焼効率を向上させようとすると、排ガス温度が上昇する傾向にある。また、ターボチャージャーに代表される過給機の使用も大きく増加する傾向にある。そのため、エキゾーストマニホールドやターボチャージャーのハウジング等の部材に、より優れた耐熱性が要求されている。今後の動向として、排ガス温度は1100℃に達すると想定されている。従来、この温度域になると、ステンレス鋼板を使用せず、鋳鋼が使用される場合が多いが、この場合、重量が重くなる、熱容量が大きいために熱効率が低下する、下流の排ガス浄化触媒コンバータでの温度低下が大きく触媒効率が低下する、などの問題がある。したがって、最高温度1100℃で使用可能なステンレス鋼板が望まれていた。
耐熱オーステナイト系ステンレス鋼には、代表的な鋼として、SUS310S(25Cr−20Ni)やSUSXM15J1(19Cr−13Ni−3Si)等が知られているが、これらの鋼種は最高温度1100℃の環境で使用できるかは疑問である。
SUS310SやSUS XM15J1を超える耐熱性も持つオーステナイト系ステンレス鋼として、特許文献1に開示されている鋼や特許文献2に開示されている鋼があるが、これらも1100℃までの使用を想定したものでない。したがって、これまで最高温度1100℃で使用可能なステンレス鋼板はなかったのである。
特公昭56−24028号公報 特開2010−202936号公報
従来のオーステナイト系ステンレス鋼板では、1100℃での高温強度または耐酸化性が十分でなく、最高温度が1100℃に達する環境で使用することは困難であった。そこで本発明は、最高温度1100℃に達する高温環境で使用可能な耐熱オーステナイト系ステンレス鋼板を提供することを課題とする。
本発明者らは、1100℃に達する環境で使用可能な耐熱オーステナイト系ステンレス鋼板を開発するために、まず、1100℃で必要なオーステナイト系ステンレス鋼板の特性を調査した。その結果、高温強度に関しては、変形を防止する必要があることから、0.2%耐力を指標して評価すべきと考えた。また、耐酸化性に関しては、オーステナイト系ステンレス鋼板は、フェライト系ステンレス鋼鋼板と比較して熱膨張係数が大きいことから、自動車排気系等の温度変化が激しい部位で使用する場合、最高温度での保持する連続酸化試験よりも、最高温度、室温を繰り返す断続酸化試験で評価することが適切と考え、1100℃と室温での繰り返しの断続酸化試験で評価することを考えた。その結果、従来から1000℃の環境下で使用されるステンレス鋼板では、実際には1100℃での耐熱性が不十分であることが判明した。
本発明者らはさらに検討を進め、1100℃に達する環境で使用可能なオーステナイト系ステンレス鋼の高温強度に関しては、CとNおよびMoの添加が有効であることを知見した。オーステナイト系ステンレス鋼において、C、Nは単独添加でも高温強度を向上させるが、Moとの複合添加により、特に1000℃以上での高温強度を向上させることが判明した。これは、C、NとMoと相互作用、例えば、クラスター形成による効果ではないかと推定している。さらには、オーステナイト系ステンレス鋼に、CとNおよびMoに加えて、Nb、V、W、及びCoの何れか1種以上の元素を添加することも有効であることが判明した。Nb、V、W、及びCoの何れか1種以上の元素のオーステナイト系ステンレス鋼への添加は、C、Nに対するMoの効果と同様の作用を奏しているものと推定される。しかし、Nb、V、W、及びCoの何れか1種以上の元素をオーステナイト系ステンレス鋼に過剰に添加すると、炭窒化物が形成され、粗大化することにより高温強度向上効果が減少することも確認された。
また、オーステナイト系ステンレス鋼の耐酸化性に関しては、CrとSi、Mnに加えてMoの適正量を添加することと、Tiの添加量の抑制することが必要であることが判明した。特に、オーステナイト系ステンレス鋼にSi、Moを添加することは重要であり、スケールの成長および剥離を抑制し、1100℃での断続酸化試験での酸化減量(減肉量)を著しく減少させることが分かった。また、オーステナイト系ステンレス鋼にTiを添加すると、スケール成長および剥離を促進するため、Tiの添加はできるだけ抑制した方がよいことも分かった。
本発明は、これらの知見に基づいて発明するに到ったものであり、本発明の課題を解決する手段、すなわち、本発明のオーステナイト系ステンレス鋼板は以下の通りである。
(1) 質量%で、C: 0.05〜0.15%、Si:1.0〜3.5%、Mn:0.5〜2.0%P:0.04%以下、S:0.01%以下、Cr:23.0〜26.0%、Ni:10.0〜15.0%、Mo:0.50〜1.20%、Ti:0.1%以下、Al:0.01〜0.10%、N:0.10〜0.30%を含有し、CとNの合計量(C+N)が0.25〜0.35%であり、残部がFe及び不可避的不純物からなることを特徴とする耐熱オーステナイト系ステンレス鋼板。
(2) さらに、質量%で、Nb:0.01〜0.5%、V:0.01〜0.5%、W:0.01〜0.5%、Co:0.01〜0.5%、のいずれか1種または2種以上を含有し、さらに、MoとNbとVとWとCoとの合計量(Mo+Nb+V+W+Co)が1.5%以下である(1)に記載の耐熱オーステナイト系ステンレス鋼板。
(3) さらに、質量%で、Cu:0.1〜2.0%、B:0.0001〜0.0050%、Sn:0.005〜0.1%のいずれか1種または2種以上を含有する(1)または(2)に記載の耐熱オーステナイト系ステンレス鋼板。
(4) 1100℃高温強度が、0.2%耐力で20MPa以上である(1)乃至(3)の何れか一項に記載の耐熱オーステナイト系ステンレス鋼板。
(5) 1100℃高温強度が、0.2%耐力で30MPa以上ある(1)乃至(3)の何れか一項に記載の耐熱オーステナイト系ステンレス鋼板。
(6) 1100℃断続酸化試験における重量減が50mg/cm以下である(1)乃至(5)の何れか一項に記載の耐熱オーステナイト系ステンレス鋼板。
本発明の耐熱オーステナイト系ステンレス鋼によれば、高温強度、耐酸化性に優れる上に、加工性に優れるため、耐熱性に優れたステンレス鋼板を提供できる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。まず、本実施形態のステンレス鋼板の鋼組成を限定した理由について説明する。なお、組成についての%の表記は、特に断りのない場合は、質量%を意味する。
(C:0.05〜0.15%)
Cは、オーステナイト系ステンレス鋼の高温強度向上に有効である。特に、600℃を超える領域でもその向上効果は存在する。これは、C単体の効果ではなく、Nと他合金元素(Mo,Nb,V等)との相互作用によるものと考えている。しかし、過剰のCはCr炭化物を形成しやすくなり、成形性と耐食性、熱延板靭性を劣化させる。そのため、適正なCの添加量を0.05〜0.15%とする。Cの添加量はより好ましくは0.07%〜0.15%である。
(N:0.10〜0.30%)
Nは、Cと同様にオーステナイト系ステンレス鋼の高温強度向上に有効である。特に、600℃を超える領域でもその向上効果は存在する。これは、N単体の効果ではなく、Nと他合金元素(Mo,Nb,V等)との相互作用によるものと考えている。しかし、過剰のNはCr窒化物を形成しやすくなり、成形性と耐食性、熱延板靭性を劣化させる。そのため、適正なNの添加量を0.1〜0.30%とする。Nの添加量はより好ましくは0.15%〜0.25%である。
(C+N:0.25〜0.35%)
CおよびNはともに高温強度向上に効果はあるが、十分な効果を得るためには、CとNの合計量(C+N)を0.25%以上添加する必要がある。しかし、過剰な添加は、粗大な炭窒化物を招き、高温強度の向上効果を減少させるたけでなく、加工性を低下させるので、0.35%を上限とする。CとNの合計量はより好ましくは0.30%〜0.35%である。
(Si:1.0%〜3.5%)
Siは、脱酸剤としても有用な元素であるとともに、オーステナイト系ステンレス鋼の耐酸化性を向上させる元素であり、本発明では重要な元素である。耐酸化性に対しては、Si量の増加とともに向上する。
その効果はSiの含有量が1.0%以上で発現するため、下限を1.0%とする。1.5%超で効果はより確実になる。しかし、Siは靭性を大きく低下させる元素であり、過度の添加は靭性ならびに常温延性を低下させる。そのため、Siの含有量を3.5%以下とし、好ましくは2.0%以下とする。より好ましいSiの含有量の範囲は、1.60%〜2.0%である。
(Mn:0.5〜2.0%)
Mnは、オーステナイト安定化元素であり、脱酸剤としてオーステナイト系ステンレス鋼に添加される元素である。また、中温域での高温強度上昇に寄与する元素である。高価なNiを節約するため、Mnを0.5%以上添加する。一方、Mnの過度な添加は、MnSを形成して耐食性を低下させるため、Mnの添加量の上限を2.0%とする。Mnの添加量はより好ましくは0.7%〜1.6%である。
(P:0.04%以下)
Pは、製造上不可避に混入する元素であるが、溶接性に悪影響を与えるため、その含有量は、できるだけ低減する必要がある。そのため、オーステナイト系ステンレス鋼におけるPの含有量を0.04%以下とする。なお、好ましくは0.03%以下である。なお、Pの含有量の下限値は特に限定されないが0.015%不可避に混入することがある。
(S:0.01%以下)
Sは、製造上不可避に混入する元素であるが、溶接性に悪影響を与える。また、MnSを形成し、耐食性、耐酸化性を劣化させる。そのため、オーステナイト系ステンレス鋼におけるSの含有量は、できるだけ低減する必要があり、0.01%以下とする。なお、好ましくは0.002%以下である。なお、Sの含有量の下限値は特に限定されないが0.0010%不可避に混入することがある。
(Cr:23.0〜26.0%)
Crは、オーステナイト系ステンレス鋼の耐酸化性、耐食性確保のために必須な元素である。しかしながら、過剰に添加させるとσ脆性が起こりやすくなる元素でもある。そのため、Crの添加量の適正範囲を23.0〜26.0%とする。Crの添加量はより好ましくは23.0%〜25.0%である。
(Ni:10.0〜15.0%)
Niは、オーステナイト安定化元素であり、オーステナイト系ステンレス鋼の耐食性を向上させる元素である。Niが少ないとオーステナイト相が安定に形成されないため、Niは10.0%以上添加する。しかし、Niは高価な元素であるため、過剰に添加すると高コストとなる。したがって、Niの添加量の上限を15.0%とする。Niの添加量はより好ましくは11.0%〜14.0%である。
(Mo:0.50〜1.20%)
Moは、本発明で重要な元素である。オーステナイト系ステンレス鋼の高温強度を向上させる元素である。この作用は固溶強化と考えられているが、本発明において、MoがC、Nと共存する場合、単なる固溶強化以上の強化能を発現している。その機構は明確でないが、Moと、CまたはNとの相互作用、特に、クラスターの形成により強化されている可能性があると考えている。一方、Moの過度の添加は、σ相を形成しやすくなる。したがって、Moの添加の適正範囲は、0.50〜1.20%とする。特に高温強度が必要な場合は、Moの添加量は1.0%~1.2%がより好ましい。
(Ti:0.1%以下)
Tiは、Nと結合して粗大な窒化物(TiN)を形成しやすい元素である。本発明では、Nを高温強化に用いているため、粗大なTiNの形成は高温特性の低下を招く。また、耐酸化性にも悪影響を与える元素でもある。したがって、本発明では、オーステナイト系ステンレス鋼におけるTi量をできるだけ低減する必要があり、その上限を0.1%とする。なお、Tiの含有量の下限値は特に限定されないが、0.010%不可避に混入することがある。
(Al:0.01〜0.10%)
Alは脱酸元素として有用であり、その効果は、オーステナイト系ステンレス鋼における添加量が0.005%以上で発現する。しかし、過度の添加は、常温延性の低下、靭性の低下を招くため、添加量の上限を0.10%とする。Alの添加量はより好ましくは0.02%〜0.07%である。
さらに、高温特性を向上させるために、オーステナイト系ステンレス鋼に、Nb:0.01〜0.5%、V:0.01〜0.5%、W:0.01〜0.5%、Co:0.01〜0.5%の何れか1種または2種以上を添加してもよい。これらの元素は高温強度を向上させる。特に高温強度を必要とする場合は、それぞれの元素の添加量は、Nb:0.1〜0.5%、V:0.1〜0.5%、W:0.1〜0.5%、Co:0.1〜0.5%であることがより好ましい。この効果もMoと同じく、固溶強化と考えられているが、それのみでなく、CまたはNとの相互作用も存在すると推定される。したがって、大きな炭窒化物が形成されるような多量添加は好ましくないため、Mo、Nb、W、V及びCoの合計量(Mo+Nb+W+V+Co)を1.5%以下とすることが好ましい。また、Mo、Nb、W、V及びCoの合計量の下限値は特に限定されないが0.1%であるとよい。特に高温強度を必要とする場合は、Mo、Nb、W、V及びCoの合計量は、1.0%を超えるとより好ましい。しかしながら、多量に添加すると粗大な炭窒化物を形成し、かえって高温強度を低下させるので、高温強度を必要とする場合でも、1.2%未満がより好ましい。
また、オーステナイト系ステンレス鋼の中温域(600〜800℃)の高温強度を向上させるため、オーステナイト系ステンレス鋼に、Cu、B、Snの1種または2種以上を添加してもよい。
(Cu:0.1〜2%)
Cuはオーステナイト安定化元素であるとともにオーステナイト系ステンレス鋼の中温域の高温強度を向上させる効果を持つ。
その効果は、オーステナイト系ステンレス鋼における添加量が0.1%以上で発現する。しかし、過度に添加すると熱延加熱時に異常酸化を生じ表面疵の原因ともなるため、その添加量は、2%を上限とする。好ましくは、0.1〜1%であり、より好ましくは0.1〜0.5%である。
(B:0.0001〜0.01%)
Bはオーステナイト系ステンレス鋼の中温域の高温強度を向上させる効果を持つ元素である。その効果は、オーステナイト系ステンレス鋼における添加量が0.0001%で発現する。しかし、過度に添加すると熱間加工性を劣化させるため、その添加量は、0.01%を上限とする。Bの添加量はより好ましくは0.0003%〜0.0050%である。
(Sn:0.005〜0.1%)
Snは、オーステナイト系ステンレス鋼の耐食性や中温域の高温強度の向上に有効な元素である。また、オーステナイト系ステンレス鋼の常温の機械的特性を大きく劣化させない効果もある。耐食性への効果は、オーステナイト系ステンレス鋼における添加量が0.005%以上で発現するため、Snは0.005%以上とし、より好ましくは0.01%以上である。一方、過度に添加すると製造性や溶接性が著しく劣化するため、Snを0.1%以下とする。
これらの成分の規定による本発明に係るステンレス鋼は、非常に優れた耐熱性を持つ。
本発明に係るステンレス鋼は1100℃における使用を想定しており、1100℃における評価を指標とする。まず、1100℃高温強度が、0.2%耐力で20MPa以上であるとよい。1100℃高温強度は、0.2%耐力で30MPa以上であるとより好ましい。さらに、1100℃断続酸化試験における重量減が50mg/cm以下という優れた耐熱性を示す。なお、1100℃断続酸化試験は、1100℃まで加熱した後の保持時間を30分とし、1100℃から室温への冷却時間を15分とするサイクルを300回繰り返す試験である。
本発明鋼は、溶解、鋳造、熱延、焼鈍、冷延、焼鈍、酸洗の工程を経て製品となる。設備に特段の制限はなく、常法の製造設備を使用できる。
以下、実施例により本発明の効果を説明するが、本発明は、以下の実施例で用いた条件に限定されるものではない。
本実施例では、まず、表1A及び表1Bに示す成分組成の鋼を溶製してスラブに鋳造した。このスラブを1150〜1250℃に加熱後、仕上げ温度を850〜950℃の範囲内として、板厚3〜5mmまで熱間圧延した。その後、1000〜1200℃で焼鈍し、酸洗した後、冷間圧延で、1.5mmまで圧延し、その後、1000℃〜1200℃で焼鈍・酸洗し、供試鋼とした。表1A及び表1Bにおいて、本発明範囲から外れる数値にはアンダーラインを付している。
このようにして得られた冷延焼鈍板に対して、常温および高温の引張試験、断続酸化試験を実施した。常温の引張試験は、加工性を評価するものであり、JIS Z 2201(対応国際規格:ISO 6892、1984)に準拠して圧延方向と平行方向を長手方向とするJIS13B号試験片を用いて、JIS Z 2241(対応国際規格:ISO 6892、1984)に準拠して引張試験を行った。全伸びを加工性指標とし、全伸び40%以上を合格(A)とし、40%未満を不合格(C)とした。
また、高温の引張試験は、つば付き試験片を用いて、JIS G 0567(対応国際規格:ISO 6892−2、2011)に準拠し、評価した。1100℃の0.2%耐力を高温強度の指標とし、高温強度20MPa未満の鋼を不合格(C)とし、20MPa以上の鋼を合格(B)とし、さらに、30MPa以上の鋼を優良鋼(A)とした。
耐酸化性は、断続酸化試験を用いて評価した。各鋼板から、20mm×20mmのサンプルを採取し、端面を#600バフ研磨して酸化試験片とし、大気中で、1100℃まで加熱した後の保持時間を15分とし、1100℃から室温までの冷却時間を15分とするサイクルを1サイクルとし、これを300サイクルまで実施し、酸化減量(スケールの生成・脱落による減肉量)を測定した。この酸化減量が、50mg/cm以下である場合を合格(A)とし、50mg/cmを超える場合を不合格(C)とした。評価結果を表2A及び表2Bに示す。
Figure 0006190873
Figure 0006190873
Figure 0006190873
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表1A〜表2Bより明らかなように、本発明を適用した成分組成の鋼板は、加工性、高温強度、耐酸化性、いずれも優れた特性を示した。一方、本発明から外れる比較例では、加工性、高温強度、耐酸化性、の何れかが、1つ以上不合格であった。これにより、本発明鋼が比較例のオーステナイト系ステンレス鋼に対して優れている事が分かる。
以上の説明から明らかなように、本発明の耐熱オーステナイト系ステンレス鋼によれば、高温強度、耐酸化性に優れる上に、加工性に優れるため、耐熱性に優れたステンレス鋼板を提供可能になる。つまり、本発明を適用した材料を、特に自動車の排気管等の排気系部材に適用する事が可能になり、自動車等のエンジン効率化を達成できる排気管を提供することができる。本発明は産業上、非常に有益である。

Claims (6)

  1. 質量%で、C:0.05〜0.15%、Si:1.0〜3.5%、Mn:0.5〜2.0%、P:0.04%以下、S:0.01%以下、Cr:23.0〜26.0%、Ni:10.0〜15.0%、Mo:0.50〜1.20%、Ti:0.1%以下、Al:0.01〜0.10%、N:0.10〜0.30%を含有し、
    CとNの合計量(C+N)が0.25〜0.35%であり、
    残部がFe及び不可避的不純物からなることを特徴とする耐熱オーステナイト系ステンレス鋼板。
  2. さらに、質量%で、Nb:0.01〜0.5%、V:0.01〜0.5%、W:0.01〜0.5%、Co:0.01〜0.5%、のいずれか1種または2種以上を含有し、
    さらに、MoとNbとVとWとCoとの合計量(Mo+Nb+V+W+Co)が1.5%以下である請求項1に記載の耐熱オーステナイト系ステンレス鋼板。
  3. さらに、質量%で、Cu:0.1〜2.0%、B:0.0001〜0.0050%、Sn:0.005〜0.1%のいずれか1種または2種以上を含有する請求項1または2に記載の耐熱オーステナイト系ステンレス鋼板。
  4. 1100℃高温強度が、0.2%耐力で20MPa以上である請求項1乃至3の何れか一項に記載の耐熱オーステナイト系ステンレス鋼板。
  5. 1100℃高温強度が、0.2%耐力で30MPa以上ある請求項1乃至3の何れか一項に記載の耐熱オーステナイト系ステンレス鋼板。
  6. 1100℃断続酸化試験における重量減が50mg/cm以下である請求項1乃至5の何れか一項に記載の耐熱オーステナイト系ステンレス鋼板。
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Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107406945B (zh) * 2015-03-26 2019-12-03 新日铁住金不锈钢株式会社 钎焊性优良的不锈钢
KR101988150B1 (ko) * 2015-03-31 2019-06-11 닛폰 스틸 앤드 스미킨 스테인레스 스틸 코포레이션 배기계 부품
US20180274055A1 (en) * 2015-10-06 2018-09-27 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Austenitic stainless steel sheet
JP6552385B2 (ja) * 2015-11-05 2019-07-31 日鉄ステンレス株式会社 耐熱性と加工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼板とその製造方法、および当該ステンレス鋼製排気部品
CN105369128B (zh) * 2015-12-17 2017-08-08 江苏省沙钢钢铁研究院有限公司 奥氏体耐热铸钢、其制备方法及应用
EP3441494B1 (en) * 2016-03-23 2021-09-22 NIPPON STEEL Stainless Steel Corporation Austenitic stainless steel sheet for exhaust component having excellent heat resistance and workability, turbocharger component, and method for producing austenitic stainless steel sheet for exhaust component
KR101836715B1 (ko) 2016-10-12 2018-03-09 현대자동차주식회사 고온 내산화성이 우수한 스테인리스강
JP6778621B2 (ja) * 2017-01-20 2020-11-04 日鉄ステンレス株式会社 排気部品用オーステナイト系ステンレス鋼板およびその製造方法、ならびに排気部品およびその製造方法
JP6866241B2 (ja) * 2017-06-12 2021-04-28 日鉄ステンレス株式会社 オーステナイト系ステンレス鋼板およびその製造方法、ならびに排気部品
JP6740974B2 (ja) * 2017-07-14 2020-08-19 株式会社デンソー ガスセンサ
JP6429957B1 (ja) * 2017-08-08 2018-11-28 新日鐵住金ステンレス株式会社 オーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法、ならびに燃料改質器および燃焼器の部材
US10633726B2 (en) * 2017-08-16 2020-04-28 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Methods, compositions and structures for advanced design low alloy nitrogen steels
ES2717692A1 (es) * 2017-12-22 2019-06-24 Univ Madrid Politecnica Acero refractario resistente al desgaste endurecible por formacion termica y/o mecanica de fase sigma
CN110499455B (zh) * 2018-05-18 2021-02-26 宝武特种冶金有限公司 一种时效硬化奥氏体不锈钢及其制备方法
US10927439B2 (en) 2018-05-30 2021-02-23 Garrett Transportation I Inc Stainless steel alloys, turbocharger components formed from the stainless steel alloys, and methods for manufacturing the same
JP7050584B2 (ja) * 2018-06-06 2022-04-08 日本特殊陶業株式会社 センサ
CN112368411B (zh) * 2018-10-30 2022-05-10 日铁不锈钢株式会社 奥氏体系不锈钢板
JP7270419B2 (ja) * 2019-03-11 2023-05-10 日鉄ステンレス株式会社 高温高サイクル疲労特性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼板およびその製造方法ならびに排気部品
JP7270445B2 (ja) * 2019-03-29 2023-05-10 日鉄ステンレス株式会社 高温高サイクル疲労特性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼板およびその製造方法ならびに排気部品
CN110257690B (zh) * 2019-06-25 2021-01-08 宁波宝新不锈钢有限公司 一种资源节约型奥氏体耐热钢及其制备方法
CN112342473A (zh) * 2020-09-17 2021-02-09 江苏华久辐条制造有限公司 一种冷轧带钢表面耐蚀处理方法
KR102497442B1 (ko) * 2020-11-25 2023-02-08 주식회사 포스코 접촉저항이 향상된 고분자 연료전지 분리판용 오스테나이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법
CN112980116B (zh) * 2021-01-22 2022-02-15 北京理工大学 一种可伸缩螺旋结构储能破片的制备方法
CN113388790B (zh) * 2021-06-08 2022-11-25 常州腾飞特材科技有限公司 一种06Cr19Ni10N奥氏体不锈钢管及其生产工艺
FR3124804B1 (fr) * 2021-06-30 2023-11-10 Association Pour La Rech Et Le Developpement Des Methodes Et Processus Industriels Armines Acier inoxydable austénitique
CN114908294A (zh) * 2022-05-19 2022-08-16 山西太钢不锈钢股份有限公司 汽车排气***用耐高温奥氏体不锈钢冷轧板及其制造方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS514015A (en) * 1974-06-25 1976-01-13 Nippon Steel Corp Netsukankakoseino sugureta tainetsuseioosutenaitosutenresuko
JPS52109420A (en) * 1976-03-10 1977-09-13 Nippon Steel Corp Heat resisting austenite stainless steel
JPH02213451A (ja) * 1989-02-15 1990-08-24 Nippon Stainless Steel Co Ltd 耐食性に優れた安価なオーステナイト系ステンレス鋼
JPH05320756A (ja) * 1992-05-21 1993-12-03 Nippon Steel Corp 耐海水性に優れた高強度オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法
JP2970432B2 (ja) * 1993-11-11 1999-11-02 住友金属工業株式会社 高温用ステンレス鋼とその製造方法
JP2970532B2 (ja) 1996-05-17 1999-11-02 三菱自動車工業株式会社 モールディングの取付用クリップ
JP4785302B2 (ja) * 2001-09-10 2011-10-05 日新製鋼株式会社 メタルガスケット用高強度オーステナイト系ステンレス鋼
JP5208354B2 (ja) * 2005-04-11 2013-06-12 新日鐵住金株式会社 オーステナイト系ステンレス鋼
WO2008093453A1 (ja) * 2007-01-31 2008-08-07 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology オーステナイト系ステンレス鋼、及びその水素除去方法
JP5605996B2 (ja) 2009-03-04 2014-10-15 日新製鋼株式会社 耐熱部材用オーステナイト系ステンレス鋼
JP5670103B2 (ja) * 2010-06-15 2015-02-18 山陽特殊製鋼株式会社 高強度オーステナイト系耐熱鋼
JP6016331B2 (ja) 2011-03-29 2016-10-26 新日鐵住金ステンレス株式会社 耐食性及びろう付け性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼
CN102230137A (zh) * 2011-06-20 2011-11-02 宣达实业集团有限公司 奥氏体耐热不锈钢及其加工方法
CN102877006A (zh) * 2012-10-15 2013-01-16 常州大学 一种高耐热性铸造奥氏体不锈钢及其制备方法

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