汽车排气通路用铁素体系不锈钢（el）抗氧化性

专利名称：：耐热性优良的铁素体系不锈钢的制作方法

技术领域：

：本发明涉及含Cr钢，特别涉及适合用于汽车()和摩托车()的排气管()、转炉外壳()和火力发电设备(plant)的排气管道()等高温环境下使用的排气系统构件的、兼具高的热疲劳性能(ance)禾卩抗氧化性()的铁素体系不锈钢(el》

背景技术：

：对于在汽车的排气系统环境下使用的排气歧管()、排气管、转炉外壳()、消声器()等排气系统构件而言，要求热疲劳性能和抗氧化性(以下，将两特性统称为"耐热性()")优良。在要求这样的耐热性的用途中，现在多使用添加了Nb和Si的、例如(14Cr-0.9Si-0.4Nb系)这样的含Cr钢。但是，随着发动机性能的提高，若排气温度(e)上升至超过90(TC的温度，则的热疲劳性能变得不充分。针对此问题，开发了添加Nb和Mo、使高温屈服强度()提高的含Cr钢、中规定的(19Cr-0.5Nb-2Mo)、添加了Nb、Mo、W的铁素体系不锈钢等(例如，参照日本特开2004-号公报)。但是，近来Mo、W等稀有金属原料异常昂贵，因此要求开发使用廉价的原料且具有同等的耐热性的材料。作为没有使用昂贵元素Mo、W的、耐热性()优良的材料，例如，在/号小册子中公幵了1020质量。

/。Cr钢中添加了Nb:0.50质量％以下、Cu:0.8~2.0质量％、V:0.03~0.20质量％的汽车排气通路构件用铁素体不锈钢，另外，在日本特开2006-号公报中公开了10~20质量。/oCr钢中添加了Ti:0.05~0.30质量％、Nb:0.100.60质量％、Cu:0.8~2.0质量％、B:0.0005~0.02质量％的热疲劳性能优良的铁素体系不锈钢，此外，在日本特开2000-号公报中公开了15~25质量。/。Cr钢中添加了Cu:1~3质量y。的汽车排气系统构件用铁素体系不锈钢。上述钢的特征在于，均通过添加Cu使热疲劳性能提高。但是，根据本发明人的研究，对于如上述专利文献2~4的技术这样添加了Cu的情况，虽然耐热疲劳性能提高，但钢本身的抗氧化性反而降低，总体来看，显然耐热性变差。因此，本发明的目的在于，通过开发防止添加Cu导致的抗氧化性降低的技术，提供不添加Mo、W等昂贵元素、且抗氧化性和耐热疲劳性能均优良的铁素体系不锈钢。这里，本发明所说的"优良的抗氧化性和耐热疲劳性能"是指具有同等以上的特性，具体而言，抗氧化性是指95(TC下的抗氧化性在同等以上，并且热疲劳性能是指在100-85(TC之间往复的热疲劳性能在同等以上。

发明内容1.本发明为一种铁素体系不锈钢，其特征在于，含有C:0.015质量％以下、Si:1.0质量％以下、Mn:1.0质量％以下、P:0.04质量%以下、S:0.010质量％以下、Cr:1623质量％、N:0.015质量％以下、Nb:0.3~0.65质量％、Ti:0.15质量％以下、Mo:0.1质量％以下、W:0.1质量％以下、Cu:1.0~2.5质量％、Al:0.21.5质量％，余量由Fe及不可避免的杂质构成。2.本发明的铁素体系不锈钢的特征在于，在上述成分组成的基础上，含有选自B:0.003质量％以下、REM:0.08质量％以下、Zr:0.54质量％以下、V:0.5质量％以下、Co:0.5质量。/。以下及Ni:0.5质量％以下中的l种或2种以上。3.本发明的铁素体系不锈钢的特征在于，在上述1或2所述的成分中，优选Si:0.41.0质量％。4.本发明的铁素体系不锈钢的特征在于，在上述1或2所述的成分中，优选Si:0.41.0质量％，Ti:0.01质量％以下。根据本发明，能够不添加昂贵的Mo、W而廉价地得到具有同等以上的耐热性(热疲劳性能、抗氧化性)的铁素体系不锈钢。因此，本发明的钢适合用于汽车排气系统构件。

图1是说明热疲劳试验片的图。图2是说明热疲劳试验中的温度、约束条件()的图。图3是表示Cu添加量对热疲劳性能的影响的曲线图。图4是表示Al添加量对抗氧化性(氧化增重(n))的影响的曲线图。图5是表示Si添加量对抗水蒸气氧化性能(氧化增重)的影响的曲线图。具体实施例方式本发明人为了开发防止现有技术具有的添加Cu导致抗氧化性降低，不添加Mo、W等昂贵的元素，且抗氧化性和热疲劳特性均优良的铁素体系不锈钢而反复进行了深入研究。其结果发现，通过复合添加使Nb为0.30.65质量％、Cu为1.02.5质量％的范围内，能在大范围的温度范围内得到高的高温强度，耐热疲劳性能得到改善，并且，添加Cu导致的抗氧化性降能通过添加适量的Al(0.21.5质量％)来防止，因此，通过首次将Nb、Cu及Al控制在上述适当范围内，即使不添加Mo、W，也能得到与同等以上的耐热性(热疲劳性能、抗氧化性)，从而开发出了本发明。本发明人进一步对改善假设实际作为排气歧管等使用的情况那样含水蒸气的环境下的抗氧化性的方法进行了深入研究，结果发现，通过优化Si量(0.4~1.0质量％)，水蒸气气氛中(ere)的抗氧化性(以下，称为抗水蒸气氧化特性)也达到同等以上，从而开发出了本发明。

首先，对为开发本发明而进行的基础实验进行说明。在实验室熔炼以C:0.0050.007质量％、N:0.004-0.006质量％、Si:0.3质量％、Mn:0.4质量％、Cr:17质量％、Nb:0.45质量％、Al:0.35质量％的成分组成为基础并使Cu在0~3质量％的范围内变化的钢，制成50kg的钢锭，加热至1170'C后，热轧制成厚30mmX宽150mm的薄板坯。然后，锻造该薄板坯，制成截面为的钢棒(bar)，在103(TC的温度下退火后，进行机械加工，制成如图1所示尺寸的热疲劳试验片()。然后，在如图2所示的0.35的约束系数()下，反复进行在100。C-850。C之间加热和冷却的热处理，测定热疲劳寿命()。另外，上述热疲劳寿命是指，用10(TC下测出的载荷(load)除以图1所示的试验片均热平行部的截面积()而算出应力()，对于上述循环(cyde)的应力，应力开始连续降低时的最小循环数。上述热疲劳寿命与试验片上产生裂纹(crack)的循环数相当。

另外，作为比较，也对(Cr:19质量。/。-Mo:2质量Q/。-Nb:0.5质量％钢)进行相同的试验。图3是表示上述热疲劳试验的结果的图。由该图可知，通过添加1.0质量％以上的01，可以得到与的热疲劳寿命(约1100循环)同等以上的热疲劳寿命，因此，对于改善热疲劳性能而言，添加1质量％以上的01是有效的。接着，在实验室熔炼以C:0.006质量％、N:0.007质量％、Mn:0.4质量％、Si:0.3质量％、Cr:17质量％、Nb:0.49质量％、Cu:1.5质量％的成分组成为基础并向其中添加0~2质量％范围内的Al的钢，制成50kg的钢锭，将该钢锭进行热轧()、热轧板退火、冷轧()、完工退火(),制成板厚2mm的冷轧退火板。从如上述得到的冷轧钢板上切出的试验片，在该试验片上部开4mm①的孔，用#320的砂纸()研磨表面及端面，进行脱脂后，提供给下述试验。