TWI645051B - 肥粒鐵系不鏽鋼 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種皮層密接性與熱疲勞特性優異，且耐冷凝水腐蝕性亦優異之肥粒鐵系不鏽鋼板。
本發明之肥粒鐵系不鏽鋼板具有如下組成，該組成以質量%計含有C：0.010%以下、Si：1.0%以下、Mn：1.0%以下、P：0.040%以下、S：0.030%以下、Cr：17.0%以上且18.5%以下、N：0.015%以下、Nb：0.40%以上且0.80%以下、Ti：0.10%以上且0.40%以下、Al：0.20%以下、Ni：0.05%以上且0.40%以下、Co：0.01%以上且0.30%以下、Mo：0.02%以上且0.30%以下、Cu：0.02%以上且0.40%以下，且滿足以下之式(1)，並且剩餘部分包含Fe及不可避免之雜質。
C%+N%：0.018%以下 (1)
式(1)中，C%、N%分別表示C、N之含量(質量%)。

Description

肥粒鐵系不鏽鋼
本發明係關於一種皮層(scale)密接性、熱疲勞特性及耐冷凝水腐蝕性優異之肥粒鐵系不鏽鋼者。
於汽車之排氣系統構件中，與上游側、尤其是引擎直接連接之排氣岐管係於最高使用溫度亦達到800~900℃之嚴酷環境下使用。因此，對於其材料，要求優異之熱疲勞特性，而主要使用添加有Nb之肥粒鐵系不鏽鋼。
添加至肥粒鐵系不鏽鋼中之Nb係藉由固溶於鋼中而提昇高溫強度以使熱疲勞特性提高。然而，Nb有容易與鋼中之C或N鍵結而成為碳氮化物，從而固溶Nb量減少而熱疲勞特性降低之情況。作為其對策，亦有進行複合添加較Nb更容易與C或N鍵結之Ti而使C或Ni以Ti碳氮化物之形式生成，藉此防止Nb碳氮化物之生成。該Nb-Ti複合添加鋼之具代表性者為Type 441肥粒鐵系不鏽鋼(18%Cr-0.5%Nb-0.2%Ti)(EN10088-2：EN1.4509)，該鋼係廣泛用於汽車之排氣岐管等。
排氣岐管由於在引擎之啟動、停止時反覆遭受加熱及急冷之嚴酷之反覆氧化的環境下使用，故而若皮層剝離，則亞鐵酸鹽會直接暴露在高溫之排氣中從而進行氧化而板厚減少，且視情形有開孔或變形之情況。因此，對於汽車之排氣岐管所使用之Nb-Ti 複合添加肥粒鐵系不鏽鋼，亦要求皮層不會剝離之優異之皮層密接性。
作為提高Nb-Ti複合添加肥粒鐵系不鏽鋼之高溫強度或熱疲勞特性之方法，於專利文獻1及2中揭示有Mo之添加。於專利文獻3~5中揭示有Mo、Cu、W之添加。作為改善皮層密接性之方法，於專利文獻3中揭示有REM、Ca、Y、Zr之添加。於專利文獻5中揭示有REM、Ca之添加。於專利文獻6中揭示有藉由添加Co及Ni而改善了皮層密接性及熱疲勞特性之Nb-Ti複合添加肥粒鐵系不鏽鋼。
另一方面，對於配置於汽車排氣管零件之下游側之消音器或管體等，由於例如包含撒在道路上之融雪鹽之水飛散，或暴露在排氣被冷卻而產生之包含腐蝕性離子的冷凝水中，故而大多要求耐蝕性(以下，記載為耐冷凝水腐蝕性)，從而使用添加有Ti或Mo之肥粒鐵系不鏽鋼。作為例，可列舉JIS G4305中所規定之SUS436L(18%Cr-0.2%Ti-1%Mo)或SUS430LX(18%Cr-0.2%Ti)。
如上所述，上游側之排氣岐管等與下游之消音器等由於所要求之特性不同，因此雖使用適於各個用途之肥粒鐵系不鏽鋼，但若能夠用共通之肥粒鐵系不鏽鋼製造其，則可減少鋼種數，而且將不同材質之零件焊接之部位減少，從而零件之製造性穩定而能夠有效率地製造汽車。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開平4-224657號公報
專利文獻2：日本專利特開平5-70897號公報
專利文獻3：日本專利特開2004-218013號公報
專利文獻4：日本專利特開2008-240143號公報
專利文獻5：日本專利特開2009-174040號公報
專利文獻6：日本專利第5505570號公報
然而，專利文獻1~5所揭示之方法具有如下缺點：Mo或W價格昂貴並且會使鋼板之韌性等加工性降低。又，Cu具有如下缺點：不僅使常溫下之加工性大幅降低，而且使耐氧化性降低。又，於專利文獻1~5中，並無排氣岐管所需之熱疲勞特性或耐氧化性(皮層密接性)與消音器等所需之耐冷凝水腐蝕性同時得到評價者。進而，於將SUS436L(18%Cr-0.2%Ti-1%Mo)或SUS430LX(18%Cr-0.2%Ti)用於排氣岐管之情形時，存在熱疲勞特性不足之問題。
如上所述，先前之肥粒鐵系不鏽鋼尚不可謂皮層密接性、熱疲勞特性及耐冷凝水腐蝕性之全部特性良好。
本發明係為了解決上述問題而完成者，其目的在於提供一種皮層密接性與熱疲勞特性優異，並且耐冷凝水腐蝕性亦優異之肥粒鐵系不鏽鋼。
再者，本發明之所謂「皮層密接性優異」，係指反覆氧化試驗(加熱速度：5℃/sec、冷卻速度：1.5℃/sec)後之試片表面上皮層剝離之面積未達5%，該反覆氧化試驗係針對經研磨之冷軋退火板，於大氣中將於1000℃下保持20min及於100℃下保持1min 進行400個循環。
又，所謂「熱疲勞特性優異」，係指依據JSMS-SD-7-03，於200~900℃間反覆進行加熱、冷卻，與此同時，於拘束率0.6下反覆賦予應變，用各循環之於200℃下所檢測到之負重除以試片均熱平行部之剖面面積所得之值(應力)相對於第5個循環之應力，降低至75%之循環數(熱疲勞壽命)為660個循環以上。
又，所謂「耐冷凝水腐蝕性優異」，係指將經研磨之冷軋退火板保持於包含Cl-：500ppm、SO4 2-：1000ppm且pH值：4、溫度：80℃之恆溫槽內，將溶液浸漬2小時與乾燥6小時設為1組而進行30組，腐蝕失重為10g/m2以下。
本發明者等人對C+N量對於Nb-Ti-Co-Ni複合添加肥粒鐵系不鏽鋼之熱疲勞特性所造成的影響進行研究，發現藉由於含有Ti之鋼中將C+N量、Ti量限定為適當量而獲得進一步優異之熱疲勞特性。進而，進行關於Nb-Ti-Co-Ni複合添加肥粒鐵系不鏽鋼之耐冷凝水腐蝕性之研究，發現藉由添加適量之Mo、Cu兩者而能夠改善耐冷凝水腐蝕性，從而用於消音器等下游側之零件。
本發明係基於以上見解而完成者，其主旨係如下所示。
[1]一種肥粒鐵系不鏽鋼，其具有如下組成，該組成以質量%計含有C：0.010%以下、Si：1.0%以下、Mn：1.0%以下、P：0.040%以下、S：0.030%以下、Cr：17.0%以上且18.5%以下、N：0.015%以下、Nb：0.40%以上且0.80%以下、Ti：0.10%以上且0.40%以下、Al：0.20%以下、Ni：0.05%以上且0.40%以下、Co：0.01%以上且 0.30%以下、Mo：0.02%以上且0.30%以下、Cu：0.02%以上且0.40%以下，且滿足以下之式(1)，並且剩餘部分包含Fe及不可避免之雜質。
C%+N%：0.018%以下 (1)
式(1)中，C%、N%分別表示C、N之含量(質量%)。
[2]如上述[1]所記載之肥粒鐵系不鏽鋼，其以質量%計進而含有選自Ca：0.0005%以上且0.0030%以下、Mg：0.0002%以上且0.0020%以下、B：0.0002%以上且0.0020%以下中之1種或2種以上。
[3]如上述[1]或[2]所記載之肥粒鐵系不鏽鋼，其以質量%計進而含有選自V：0.01%以上且0.50%以下、W：0.02%以上且0.30%以下、Zr：0.005%以上且0.50%以下中之1種或2種以上。
根據本發明，可獲得皮層密接性、熱疲勞特性及耐冷凝水腐蝕性優異之肥粒鐵系不鏽鋼。本發明之肥粒鐵系不鏽鋼由於耐熱性(皮層密接性、熱疲勞特性)與耐冷凝水腐蝕性兩者優異，故而可較佳地用於汽車之排氣系統構件之上游側、下游側兩側。
圖1係對熱疲勞試片進行說明之圖。
圖2係對熱疲勞試驗中之溫度及拘束條件進行說明之圖。
以下，對本發明詳細地進行說明。本發明之肥粒鐵系不鏽鋼具有如下組成，該組成以質量%計含有C：0.010%以下、Si：1.0%以下、Mn：1.0%以下、P：0.040%以下、S：0.030%以下、Cr： 17.0%以上且18.5%以下、N：0.015%以下、Nb：0.40%以上且0.80%以下、Ti：0.10%以上且0.40%以下、Al：0.20%以下、Ni：0.05%以上且0.40%以下、Co：0.01%以上且0.30%以下、Mo：0.02%以上且0.30%以下、Cu：0.02%以上且0.40%以下，且滿足以下之式(1)，並且剩餘部分包含Fe及不可避免之雜質，而皮層密接性與熱疲勞特性優異，並且耐冷凝水腐蝕性亦優異。
C%+N%：0.018%以下 (1)
式(1)中，C%、N%分別表示C、N之含量(質量%)。
繼而，對規定本發明之肥粒鐵系不鏽鋼之成分組成之原因進行說明。再者，成分%只要無特別事先說明，則全部意指質量%。
C：0.010%以下
C係對於提高鋼之強度有效之元素，該效果係於含有0.001%以上之C時獲得，因此C含量較佳為0.001%以上。另一方面，若含有超過0.010%之C，則導致皮層剝離，因此C含量係設為0.010%以下。再者，關於C含量，就確保韌性、加工性之觀點而言，又，就由於NbC粗大化或析出量變多，故而鋼中之固溶Nb量減少而熱疲勞特性降低之觀點而言，較理想為C含量較少，C含量較佳為設為0.008%以下。C含量更佳為0.005%以上。
Si：1.0%以下
Si係對於提高耐氧化性有效之元素，該效果係於含有0.01%以上之Si時獲得，因此Si含量較佳為0.01%以上。另一方面，若含 有超過1.0%之Si，則加工性降低，因此Si含量係設為1.0%以下。Si含量更佳為0.20%以上，進而更佳為0.30%以上。尤其是若將Ni含量設為0.20%以上且將Si含量設為0.30%以上，則皮層密接性尤其優異。又，Si含量較佳為1.00%以下，更佳為0.50%以下，進而較佳為0.40%以下。
Mn：1.0%以下
Mn係提高鋼之強度之元素，又，亦具有作為去氧劑之作用。該效果係於含有0.01%以上之Mn時獲得，因此Mn含量較佳為0.01%以上。另一方面，若含有超過1.0%之Mn，則使氧化增量明顯地增加而使耐氧化性降低，因此Mn含量係設為1.0%以下。Mn含量更佳為0.20%以上，進而更佳為0.30%以上。又，Mn含量較佳為1.00%以下，更佳為0.60%以下，進而較佳為0.50%以下。
P：0.040%以下
P係使韌性降低之元素，較理想為減少P，P含量係設為0.040%以下。較佳為P含量為0.035%以下。更佳為P含量為0.030%以下。
S：0.030%以下
S由於使成形性與耐蝕性降低，故而較理想為較少，S含量係設為0.030%以下。較佳為S含量為0.006%以下。更佳為S含量為0.003%以下。
Cr：17.0%以上且18.5%以下
Cr係為了使耐蝕性及耐氧化性提高而需要之元素，為了獲得良好之耐蝕性及耐氧化性，而必須含有17.0%以上之Cr。若Cr含量未達17.0%，則有氧化皮層變得容易增大，不僅皮層密接性降低，而且熱疲勞特性亦降低之情形。進而，於冷凝水中之耐蝕性亦未充分地獲得。另一方面，若含有超過18.5%之Cr，則鋼硬質化而製造性或加工性降低，因此Cr含量係設為18.5%以下。較佳為Cr含量係17.5%以上且18.5%以下之範圍。
N：0.015%以下
N由於使鋼之韌性及加工性降低，故而較理想為較少，又，若N含量較多，則粗大之TiN析出，與TiN相伴，NbC大量地析出，從而鋼中固溶Nb量減少，由此熱疲勞特性降低。進而以粗大之TiN為起點，氧化皮層變得容易剝離，皮層密接性亦降低，因此N含量係設為0.015%以下。較佳為N含量為0.012%以下。更佳為N含量為0.010%以下。
Nb：0.40%以上且0.80%以下
Nb係具有固溶於鋼中，使高溫強度明顯上升而使熱疲勞特性提高之效果之元素。該效果係於含有0.40%以上之Nb時獲得。另一方面，於含有超過0.80%之過量Nb時，不僅使鋼之韌性降低，而且於高溫下形成Laves相(Fe2Nb)而反倒使高溫強度降低，因此Nb含量係設為0.80%以下。Nb含量較佳為0.43%以上，更佳為0.45%以上。又，Nb含量較佳為0.60%以下，更佳為0.50%以下。
Ti：0.10%以上且0.40%以下
Ti係優先與C、N連結而生成碳氮化物，藉此防止Nb碳氮化物之生成，並且使耐蝕性、成形性及焊接部之晶界腐蝕性提高。為了獲得該等效果，而必須含有0.10%以上之Ti。若Ti含量未達0.10%，則無法使C、N完全地以Ti碳氮化物之形式生成，而形成Nb碳氮化物，從而Nb固溶量減少而熱疲勞特性降低。另一方面，於含有超過0.40%之過量Ti時，Ti碳氮化物之析出量增加，與此相伴，Nb碳氮化物變得容易析出，由此Nb固溶量減少，因此熱疲勞特性降低。進而，由於Ti碳氮化物之析出量增加而皮層密接性亦降低，以粗大之Ti碳氮化物為起點而產生腐蝕，因此亦使耐冷凝水腐蝕性降低。因此，Ti含量係設為0.40%以下。Ti含量較佳為0.15%以上。又，Ti含量較佳為0.30%以下，更佳為0.25%以下。
Al：0.20%以下
Al係對於去氧有效之元素，該效果係於含有0.01%以上時獲得，因此Al含量較佳為0.01%以上。另一方面，由於使鋼硬質化而使加工性降低，故而Al含量係設為0.20%以下。Al含量更佳為0.02%以上。又，Al含量較佳為0.10%以下，更佳為0.06%以下。
Ni：0.05%以上且0.40%以下
Ni係於本發明中為了確保皮層密接性而重要之元素，為了獲得該效果而必須含有0.05%以上之Ni。若Ni未達0.05%，則有皮層密接性降低，皮層發生剝離之點成為起點而導致熱疲勞破壞之情形。又，如下所述，本發明之鋼係藉由含有適量之Co而降低熱膨 脹係數，因此與未添加Co之鋼或Co之含量不足之鋼相比，以更少量之Ni含量獲得上述效果。另一方面，Ni為價格昂貴之元素，除此以外，若含有超過0.40%之Ni，則於高溫下生成γ相而反倒使皮層密接性降低。因此，Ni含量係設為0.05%以上且0.40%以下之範圍。Ni含量較佳為0.10%以上，更佳為0.20%以上。又，Ni含量較佳為0.30%以下，更佳為0.25%以下。
Co：0.01%以上且0.30%以下
Co於本發明中為重要之元素。Co係提高熱疲勞特性所需要之元素，因此，必須含有至少0.01%以上之Co。Co係降低鋼之熱膨脹係數而使升溫時之膨脹量變少，從而使於升溫及冷卻時所產生之應變量變小，藉此可提高熱疲勞特性。進而，藉由鋼之熱膨脹係數減少，而鋼與皮層之熱膨脹係數之差變小，從而於冷卻時皮層變得不易剝離。因此，藉由含有更少量之Ni而有可防止皮層之剝離之效果。另一方面，若含有超過0.30%之Co，則於氧化皮膜與亞鐵酸鹽之界面Co濃化，而皮層密接性降低。若含有超過0.30%之Co，則該界面濃化之副作用會抵消由上述熱膨脹係數減少造成之皮層剝離防止效果，而於冷卻時皮層剝離。因此，Co含量係設為0.01%以上且0.30%以下。Co含量較佳為0.02%以上，更佳為0.03%以上。又，Co含量較佳為0.10%以下。
Mo：0.02%以上且0.30%以下
Mo係藉由固溶強化使鋼之強度增加而使熱疲勞特性提高，並且使耐鹽害腐蝕性提高，藉此使耐冷凝水腐蝕性提高之元素，該效 果係於含有0.02%以上之Mo時獲得。然而，Mo係價格昂貴之元素，並且若大量地含有Mo，則不僅產生表面缺陷，而且室溫下之加工性亦降低。為了不產生表面缺陷而獲得良好之表面性狀，Mo含量必須設為0.30%以下。因此，Mo含量係設為0.02%以上且0.30%以下之範圍。Mo含量較佳為0.04%以上。又，Mo含量較佳為0.10%以下。
Cu：0.02%以上且0.40%以下
Cu具有如下效果：藉由以ε-Cu之形式微細地析出而強化鋼而使熱疲勞特性提高，並且使耐硫酸腐蝕性提高，藉此使耐冷凝水腐蝕性提高。為了獲得該等效果，而必須含有0.02%以上之Cu。另一方面，若含有超過0.40%之Cu，則氧化皮層密接性降低而耐反覆氧化性降低。進而，ε-Cu變得容易粗大地析出而耐冷凝水腐蝕性亦降低。因此，Cu含量係設為0.40%以下。因此，Cu含量係設為0.02%以上且0.40%以下之範圍。Cu含量較佳為0.04%以上。又，Cu含量較佳為0.10%以下。
於本發明中，Mo與Cu分別使耐鹽害腐蝕性、耐硫酸腐蝕性提高，藉此使耐冷凝水腐蝕性提高，因此若單獨地含有Mo或Cu，則未獲得充分之耐冷凝水腐蝕性。於本發明中，由於含有適量之Mo與Cu兩者，故而獲得優異之耐冷凝水腐蝕性。
C%+N%：0.018%以下 (1)
式(1)中，C%、N%分別表示C、N之含量(質量%)。如上所述，關於C與N，就韌性、加工性、耐皮層剝離性之觀點而言，將各自 之含量設為0.010%以下且0.015%以下。進而，於本發明中，就熱疲勞特性之觀點而言，將C%+N%如上述式(1)般限定為0.018%以下。於C%+N%超過0.018%之情形時，粗大之Ti氮化物(TiN)大量地生成，與此相伴，NbC於TiN之周圍析出，因此NbC之析出量變多。若NbC之析出量變多，則固溶於鋼中之Nb量減少，而鋼之高溫強度降低，因此不會充分地獲得熱疲勞特性提高效果。因此，於複合添加有Nb與Ti之本發明中，為了充分地獲得Nb之固溶強化量，而將C%+N%設為0.018%以下。較佳為C%+N%為0.015%以下。於C%+N%為0.015%以下之情形時，所析出之TiN或NbC成為微細者，進而TiN微細化，藉此於其周圍析出之NbC之析出量減少，而鋼中固溶Nb量增加。進而，NbC本身微細地析出，藉此亦獲得析出強化效果。藉由該等效果而熱疲勞特性提高。更佳為C%+N%設為0.013%以下。
本發明係皮層密接性與熱疲勞特性優異，並且耐冷凝水腐蝕性亦優異之肥粒鐵系不鏽鋼，其特徵在於含有上述必須成分，且剩餘部分包含Fe及不可避免之雜質。進而，可視需要以下述範圍含有選自Ca、Mg及B中之1種或2種以上、及/或選自V、W及Zr中之1種或2種以上。
Ca：0.000.5%以上且0.0030%以下
Ca係對於防止連鑄時容易產生之由Ti系介在物析出引起之噴嘴之堵塞有效的成分。該效果係於含有0.0005%以上之Ca時獲得。另一方面，為了不使表面缺陷產生而獲得良好之表面性狀，Ca含量較佳為設為0.0030%以下。因此，於含有Ca之情形時，Ca含量 較佳為設為0.0005%以上且0.0030%以下之範圍。更佳為Ca含量為0.0005%以上且0.0020%以下之範圍。進而較佳為Ca含量為0.0005%以上且0.0015%以下之範圍。
Mg：0.0002%以上且0.0020%以下
Mg係對於提高加工性或韌性有效之元素。進而Mg係對於抑制Nb或Ti之碳氮化物之粗大化有效之元素。若Ti碳氮化物粗大化，則會成為脆性破裂之起點，因此韌性降低。又，若Nb碳氮化物粗大化，則Nb於鋼中之固溶量降低，因此會導致熱疲勞特性降低。上述提高加工性及韌性，或抑制Nb及Ti之碳氮化物之粗大化的效果係於含有0.0002%以上之Mg時獲得。另一方面，若Mg含量超過0.0020%，則有使鋼之表面性狀變差之情形。因此，於含有Mg之情形時，Mg含量較佳為設為0.0002%以上且0.0020%以下之範圍。Mg含量更佳為0.0004%以上。又，Mg含量更佳為0.0015%以下，進而更佳為0.0010%以下。
B：0.0002%以上且0.0020%以下
B係對於提高加工性、尤其是二次加工性有效之元素。該等效果係於含有0.0002%以上之B時獲得。另一方面，若含有超過0.0020%之B，則有鋼之加工性、韌性降低之情形，因此B含量係設為0.0020%以下。因此，於含有B之情形時，B含量較佳為設為0.0002%以上且0.0020%以下之範圍。B含量更佳為0.0003%以上。又，B含量更佳為0.0010%以下。
V：0.01%以上且0.50%以下
V係對於高溫強度之提高有效之元素。又，亦具有抑制Ti或Nb之碳氮化物粗大化之效果。該效果係於含有0.01%以上之V時獲得。另一方面，若含有超過0.50%之V，則有粗大之V(C、N)析出而韌性降低之情形。因此，於含有V之情形時，V含量較佳為設為0.01%以上且0.50%以下之範圍。V含量更佳為0.02%以上。又，V含量更佳為0.20%以下。
W：0.02%以上且0.30%以下
W係與Mo同樣地，藉由固溶強化而使鋼之強度增加之元素，該效果係於含有0.02%以上之W時獲得。然而，W係價格昂貴之元素，又，若大量地含有W，則不僅產生表面缺陷，而且韌性等加工性大幅降低。為了獲得良好之表面性狀，W含量較佳為設為0.30%以下。因此，於含有W之情形時，W含量較佳為設為0.02%以上且0.30%以下之範圍。
Zr：0.005%以上且0.50%以下
Zr係提高耐氧化性之元素。為了獲得該效果，較佳為將Zr含量設為0.005%以上。另一方面，若Zr含量超過0.50%，則Zr金屬間化合物析出而鋼變得容易脆化。因此，於含有Zr之情形時，Zr含量較佳為設為0.005%以上且0.50%以下。
繼而，對本發明之肥粒鐵系不鏽鋼之製造方法進行說明。
本發明之肥粒鐵系不鏽鋼可使用通常之不鏽鋼之製 造方法。將包含上述成分組成之鋼於轉爐、電爐等熔解爐中進行熔製，進而經由盛桶精煉、真空精煉等2次精煉，並利用連鑄法或鑄錠-開坯輥軋法製成鋼片(鋼坯)，實施熱軋、熱軋板退火、酸洗而製成熱軋退火酸洗板。進而推薦經由冷軋、精退火、酸洗等各步驟而製成冷軋退火板之方法。一例係如下所述。
於轉爐或電爐等中進行熔製，藉由氬氧脫碳(AOD，Argon Oxygen Decarburization)法或真空吹氧脫碳(VOD，Vacuum Oxygen Decarburization)法進行二次精煉，而熔製上述成分組成之熔鋼，藉由連鑄法製成鋼坯。將該鋼坯加熱至1000~1250℃，藉由熱軋而製成所需板厚之熱軋板。將該熱軋板於900℃~1100℃之溫度下實施連續退火後，藉由噴丸與酸洗進行脫皮層而製成熱軋退火酸洗板。亦能夠將該熱軋退火酸洗板直接地用於排氣岐管或凸緣、管或消音器等本發明之對象之用途，但亦可進而進行冷軋及退火、酸洗而製成冷軋退火酸洗板。於該冷軋步驟中，亦可視需要進行包含中間退火之2次以上之冷軋。包含1次或2次以上之冷軋之冷軋步驟之總軋縮率係設為60%以上、較佳為70%以上。冷軋板退火溫度為900~1150℃，較佳為950~1100℃。又，根據用途，亦可於酸洗後施加輕度之輥軋(調質軋製等)而調整鋼板之形狀、品質。又，亦可設為光澤退火精加工(Bright Annealed Finish)，即於包含氫之還原氣氛下進行退火而省略酸洗。
使用以上述方式製造所得之熱軋退火板製品或冷軋退火板製品，實施與各自用途相符之彎曲加工等，而成形為汽車或機車之排氣管、觸媒外筒材及火力發電設備之排氣通道或燃料電池相關構件。用以將該等構件焊接之焊接方法並無特別限定，可應用 鎢極鈍氣電弧焊(TIG，tungsten inert gas arc welding)、金屬極鈍氣電弧焊(MIG，metal inert gas arc welding)、混合氣遮護金屬電孤焊(MAG，metal active gas arc welding)等各種弧焊方法、或者點焊、縫焊等電阻焊方法、及電縫焊方法等高頻電阻焊、高頻感應焊。
[實施例]
將具有表1所示之成分組成之No.1~40之鋼於真空熔解爐中進行熔製、鑄造而製成30kg鋼塊。繼而，加熱至1170℃後，進行熱軋而製成厚度35mm×寬度150mm之板片。將該板片一分為二。將其中一個藉由鍛造而製成剖面為30mm×30mm之角棒，於950~1050℃之範圍內進行退火後，進行機械加工，而製作圖1所示之熱疲勞試片。使用該試片而進行下述之熱疲勞試驗。關於退火溫度，係於950~1050℃之溫度範圍內確認組織並且逐個成分地設定。關於以下之退火，亦相同。
使用上述一分為二後之另一個板片，加熱至1050℃後，進行熱軋而製成板厚5mm之熱軋板。其後，於900~1050℃之溫度範圍內進行熱軋板退火，進行酸洗而製作熱軋退火酸洗板。於該階段用肉眼觀察鋼板之表面性狀。藉由冷軋將其之板厚設為2mm，於900~1050℃之溫度範圍內進行精退火而製成冷軋退火板。將其供於下述之反覆氧化試驗及冷凝水浸漬試驗。
<反覆氧化試驗>
自上述冷軋退火板切出20mm寬×30mm長之尺寸，利用#320研磨紙(emery paper)對全部6個面進行研磨後供於試驗。氧化試驗條件係於大氣中，將於1000℃下保持20min及於100℃下保持1min 反覆400個循環。關於加熱速度及冷卻速度，係分別以5℃/sec、1.5℃/sec進行。於試驗後目視觀察皮層有無剝離，而評價皮層密接性。將所獲得之結果全部示於表1中。
<熱疲勞試驗>
針對上述熱疲勞試驗用試片，於200~900℃間反覆進行加熱、冷卻，與此同時，於如圖2所示之拘束率0.6下反覆賦予應變，從而測定熱疲勞壽命。測定方法係依據日本材料學會標準 高溫低循環試驗法(JSMS-SD-7-03)。首先，用各循環之於200℃下所檢測到之負重除以圖1所示之試片均熱平行部之剖面面積(50.3mm2)，而設為該循環之應力。將該循環中之應力相對於行為穩定之第5個循環之應力降低至75%的循環數設為熱疲勞壽命。用該壽命循環數來評價熱疲勞特性。將所獲得之結果全部示於表1中。
再者，關於上述拘束率，如圖2所示，拘束率η=a/(a+b)，a係(自由熱膨脹應變量-控制應變量)/2，b係控制應變量/2。又，所謂自由熱膨脹應變量，係於完全不賦予機械應力而升溫之情形時之應變量，所謂控制應變量，係表示相對於在室溫下完全不負載應力之狀態的應變量。因拘束而於材料產生之實質拘束應變量係(自由熱膨脹應變量-控制應變量)，即，相對於自由熱膨脹應變量之應變量。
<冷凝水浸漬試驗>
自上述中所製作之冷軋退火板切出60mm寬×80mm長之尺寸，利用#320研磨紙對全部6個面進行研磨後供於試驗。於試驗時 端部經保護帶被覆。試驗溶液係模擬冷凝水，並調整為包含Cl-：500ppm、SO4 2-：1000ppm且pH值：4。以使溫度成為80℃之方式保持於恆溫槽內。試驗係將溶液浸漬2小時及乾燥6小時設為1組而進行30組。試驗後，將腐蝕生成物去除，測定試驗前後之重量，藉此算出腐蝕失重。
再者，於表1中，各試驗之判定基準係如下所述。
(1)皮層密接性：將反覆氧化試驗後之試片表面皮層剝離之面積為0%(利用目視觀察未發現皮層剝離)者判定為◎(合格)，將超過0%且未達5%者判定為○(合格)，將為5%以上者判定為×(不合格)。
(2)熱疲勞特性：將熱疲勞壽命為750個循環以上者判定為◎(合格)，將為660個循環以上且未達750個循環者判定為○(合格)，將未達660個循環判定為×(不合格)。
(3)耐冷凝水腐蝕性：將腐蝕失重為5g/m2以下者設為◎(合格)，將超過5g/m2且為10g/m2以下者設為○(合格)，將超過10g/m2者設為×(不合格)。
根據表1，作為本發明例之No.1~20及36~40係全部皮層密接性及熱疲勞特性、耐冷凝水腐蝕性均優異。Si與Ni之含量為較佳範圍(Si≧0.30%及Ni≧0.20%)之本發明例No.2~4、6、9、10、12、14~16、19、20、36~40係皮層密接性尤其優異。C+N與Ti、Co、Mo、Cu之含量為較佳範圍(C+N≦0.015%、Ti≧0.15%、Co≧0.02%、Mo≧0.04%、Cu≧0.04%)之本發明例No.1、2、6~11、16、38係熱疲勞特性尤其優異。Mo與Cu之含量為較佳範圍(Mo≧0.04%及Cu≧0.04%)之本發明例No.1、2、6~11、16、18、36~40係耐冷凝水腐蝕性尤其優異。又，本發明例之全部熱軋退火酸洗板之表面性狀係無表面缺陷而良好。
另一方面，Mo與Cu均未達本發明範圍之下限值之比較例No.21、24；Cu未達本發明範圍之下限值之比較例No.22；Mo未達本發明範圍之下限值之比較例No.23均耐冷凝水腐蝕性變得不合格。
C+N超過本發明範圍之上限值之比較例No.25係熱疲勞特性變得不合格。Co未達本發明範圍之下限值之比較例No.26係熱疲勞特性變得不合格。Ni未達本發明範圍之下限值之比較例No.27係皮層密接性與熱疲勞特性變得不合格。
Ni與Co均未達本發明範圍之下限值之比較例No.28係皮層密接性與熱疲勞特性變得不合格。Cu超過本發明範圍之上限值之比較例No.29係皮層密接性、耐冷凝水腐蝕性變得不合格。
Ti超過本發明範圍之上限值之比較例No.30係皮層密接性、熱疲勞特性、耐冷凝水腐蝕性均變得不合格。C超過本發明範圍之上限值之比較例No.31係皮層密接性與熱疲勞特性，N超過本發明範圍之上限值之比較例No.32係皮層密接性與熱疲勞特性變得不合格。
Cr未達本發明範圍之下限值之比較例No.33係皮層密接性、熱疲勞特性、冷凝水腐蝕性均變得不合格。Nb未達本發明範圍之下限值之比較例No.34及Ti未達本發明範圍之下限值之比較例No.35均熱疲勞特性變得不合格。
根據以上情況明確，本發明範圍之鋼係皮層密接性、熱疲勞特性、耐冷凝水腐蝕性均優異。
(產業上之可利用性)
本發明之肥粒鐵系不鏽鋼板由於皮層密接性、熱疲勞特性、耐冷凝水腐蝕性均優異，故而不僅對於排氣歧管、各種排氣管、凸緣、轉換器外殼(converter case)或消音器等汽車等之排氣系統零件全部較佳，亦能夠以1種鋼種構成全部排氣管零件，而能夠於鋼材之獲取穩定性或焊接性之方面上變得有效率。進而，作為火 力發電系統之排氣系統構件或燃料電池用構件亦較佳。

Claims (3)

  1. 一種肥粒鐵系不鏽鋼，其具有如下組成，該組成以質量%計含有：C：0.010%以下、Si：1.0%以下、Mn：1.0%以下、P：0.040%以下、S：0.030%以下、Cr：17.0%以上且18.5%以下、N：0.015%以下、Nb：0.40%以上且0.80%以下、Ti：0.10%以上且0.40%以下、Al：0.18%以下、Ni：0.05%以上且0.40%以下、Co：0.01%以上且0.30%以下、Mo：0.02%以上且0.30%以下、Cu：0.02%以上且0.40%以下，且滿足以下之式(1)，並且剩餘部分包含Fe及不可避免之雜質，C%+N%：0.018%以下 (1)式(1)中，C%、N%分別表示C、N之含量(質量%)。
  2. 如請求項1之肥粒鐵系不鏽鋼，其以質量%計進而含有選自Ca：0.0005%以上且0.0030%以下、Mg：0.0002%以上且0.0020%以下、B：0.0002%以上且0.0020%以下中之1種或2種以上。
  3. 如請求項1或2之肥粒鐵系不鏽鋼，其以質量%計進而含有選自V：0.01%以上且0.50%以下、W：0.02%以上且0.30%以下、Zr：0.005%以上且0.50%以下中之1種或2種以上。
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