本发明专利技术提供在Cu、Al复合添加钢中实现极其优良的高温疲劳特性、耐热性优良的铁素体系不锈钢。一种铁素体系不锈钢，其特征在于，具有以质量％计含有C：0.015％以下、Si：1.0％以下、Mn：1.0％以下、P：0.040％以下、S：0.010％以下、Cr：10.0～23.0％、Al：0.2～1.0％、N：0.015％以下、Cu：1.0～2.0％、Nb：0.30～0.65％、Ti：0.50％以下、O：0.0030％以下且余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成，Si含量和Al含量满足Si≥Al的关系，Al含量和O含量满足Al/O≥100的关系。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及兼具优良的热疲劳特性、耐氧化性、高温疲劳特性的铁素体系不锈钢。本专利技术的铁素体系不锈钢能够特别优选应用于汽车、摩托车的排气管、转换器箱和火力发电厂的排气管道等在高温下使用的排气系统构件。
技术介绍
对于汽车的排气歧管、排气管、转换器箱和消声器等排气系统构件，要求耐氧化性、热疲劳特性、高温疲劳特性(以下，将它们统称为“耐热性”)优良。在此，热疲劳和高温疲劳具体如下所述。另外，下述成分组成的说明中，“％”表示“质量％”。排气系统构件在随着引擎的起动和停止而反复经受加热和冷却时，因与周边的部件的关系而处于被约束的状态。因此，排气系统构件的热膨胀和收缩受到限制，原材本身产生热应变。将因该热应变引起的疲劳现象称为热疲劳。另外，高温疲劳是指在被来自引擎的废气加热的状态下连续经受振动时产生龟裂等导致破坏的现象。作为这样的要求耐热性的构件中使用的原材，目前大多使用添加有Nb和Si的Type429(15％Cr-0.9％Si-0.4％Nb，例如JFE429EX)这样的含Cr钢。但是，随着引擎性能的提高，废气温度升高至超过900℃的温度时，虽然不能说Type429不满足要求特性，但无法特别充分地满足热疲劳特性。作为能够应对该问题的原材，开发了例如在Nb的基础上添加Mo而使高温耐力提高的、JISG4305中规定的SUS444(例如，19％Cr-Nb-2％Mo)、添加有Nb、Mo和W的铁素体系不锈钢等(例如，参考专利文献1)。但是，以近来的Mo和W等稀有金属的异常的价格的高涨或变动为契机，要求开发出使用廉价的原料并且具有同等的耐热性的材料。作为不使用昂贵的Mo和W的耐热性优良的材料，例如，在专利文献2中公开了在含有10～20％的Cr的含Cr钢中添加有Nb：0.50％以下、Cu：0.8～2.0％、V：0.03～0.20％的汽车的废气流路构件用的铁素体系不锈钢。另外，在专利文献3中公开了在10～20％含Cr钢中添加有Ti：0.05～0.30％、Nb：0.10～0.60％、Cu：0.8～2.0％、B：0.0005～0.02％的热疲劳特性优良的铁素体系不锈钢。另外，在专利文献4公开了在含有15～25％的Cr的含Cr钢中添加有Cu：1～3％的汽车排气系统部件用铁素体系不锈钢。这些钢的特征在于，添加Cu而提高了热疲劳特性。另一方面，还提出了通过主动地添加Al来实现耐热性的提高的技术。例如，在专利文献5中公开了通过添加Al：0.2～2.5％、Nb：超过0.5％且1.0％以下、Ti：3×(C+N)～0.25％而使热疲劳特性提高的铁素体系不锈钢。另外，在专利文献6中公开了通过在含有Cr：10～25％、Ti：3×(C+N)～20×(C+N)的含Cr钢中添加Al而在钢表面形成Al2O3覆膜、从而提高耐氧化性的铁素体系不锈钢。此外，在专利文献7中公开了在含有6～25％的Cr的含Cr钢中添加Ti、Nb、V和Al而将C和N固定、从而提高液压成形后的耐裂纹性的铁素体系不锈钢。在专利文献8中公开了在含有16～23％的Cr的含Cr钢中添加Nb：0.3～0.65％、并复合添加适量的Cu：1.0～2.5％和Al：0.2～1.0％而具有更优良的热疲劳特性、耐氧化性和高温疲劳特性的钢。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2004-018921号公报专利文献2：国际公开号WO03/004714号专利文献3：日本特开2006-117985号公报专利文献4：日本特开2000-297355号公报专利文献5：日本特开2008-285693号公报专利文献6：日本特开2001-316773号公报专利文献7：日本特开2005-187857号公报专利文献8：日本特开2011-140709号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的问题根据专利技术人的研究，在像专利文献2～4中公开的钢那样想要添加Cu来改善耐热性的情况下，虽然热疲劳特性提高，但钢自身的耐氧化性降低。其结果，综合来看，耐热性降低。专利文献5和6中公开的钢通过添加Al而具有高的高温强度和优良的耐氧化性。但是，仅添加有Al不能充分地得到其效果。例如，对于Si含量低的专利文献5的钢而言，即使添加Al，Al也会优先形成氧化物或氮化物。其结果，Al的固溶量降低，得不到期望的高温强度。另外，对于添加有超过1.0％的大量的Al的专利文献6的钢而言，不仅室温下的加工显著降低，而且由于Al容易与O(氧)结合，因此，耐氧化性降低。此外，像专利文献7中公开的钢那样，Cu和Al为选择元素，因此，在Cu、Al添加量少或者未添加适当量的Cu、Al的情况下，得不到优良的耐热性。另外，像专利文献8那样复合添加有Cu和Al的钢具有优良的耐热性，但如果能进一步提高高温疲劳特性则更优选。因此，本专利技术的目的在于提供在Cu和Al的复合添加钢中实现极其优良的高温疲劳特性、耐热性优良的铁素体系不锈钢。需要说明的是，本专利技术中的“极其优良的高温疲劳特性”是指，即使在850℃下反复施加100×105次的75MPa的弯曲应力也不发生断裂。另外，本专利技术中所述的“优良的热疲劳特性”是指，具体地以0.35的约束率在100℃-850℃之间反复时的热疲劳寿命为1120次循环以上。另外，本专利技术中所述的“优良的耐氧化性”是指，在大气中在950℃下保持300小时后的氧化增量为27g/m2以下。用于解决问题的方法专利技术人对各种添加元素给在Nb的基础上复合添加Cu和Al的钢的高温疲劳特性带来的影响反复进行了深入研究，发现了钢中O(氧)量影响高温疲劳特性，从而完成了本专利技术。更具体而言，本专利技术提供以下的专利技术。[1]一种铁素体系不锈钢，其特征在于，具有以质量％计含有C：0.015％以下、Si：1.0％以下、Mn：1.0％以下、P：0.040％以下、S：0.010％以下、Cr：10.0～23.0％、Al：0.2～1.0％、N：0.015％以下、Cu：1.0～2.0％、Nb：0.30～0.65％、Ti：0.50％以下、O：0.0030％以下且余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成，Si含量和Al含量满足Si≥Al的关系，Al含量和O含量满足Al/O≥100的关系。[2]如[1]所述的铁素体系不锈钢，其特征在于，上述成分组成进一步含有选自B：0.0030％以下、REM：0.080％以下、Zr：0.50％以下、V：0.50％以下、Co：0.50％以下和Ni：0.50％以下中的一种或两种以上。[3]如[1]或[2]所述的铁素体系不锈钢，其特征在于，上述成分组成进一步含有选自Ca：0.0050％以下和Mg：0.0050％以下中的一种或两种。[4]如[1]～[3]中任一项所述的铁素体系不锈钢，其特征在于，上述成分组成进一步含有Mo：0.1～1.0％以下。专利技术效果根据本专利技术，能够廉价地提供具有超过SUS444的高温疲劳特性的铁素体系不锈钢。因此，本专利技术的钢特别适合用于汽车等的排气系统构件。附图说明图1是高温疲劳试验片进行说明图。图2是热疲劳试验片进行说明图。图3是表示热疲劳试验条件(温度、约束条件)的图。图4是对Al含量和O含量给高温疲劳特性带来的影响进行说明的图。具体实施方式以下，对本专利技术的实施方式进行说明。需要说明的是，本专利技术不限于以下的实施方式。对本专利技术的铁素体系不锈钢的成分组成进行说明。在下本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种铁素体系不锈钢，其特征在于，具有以质量％计含有C：0.015％以下、Si：1.0％以下、Mn：1.0％以下、P：0.040％以下、S：0.010％以下、Cr：10.0～23.0％、Al：0.2～1.0％、N：0.015％以下、Cu：1.0～2.0％、Nb：0.30～0.65％、Ti：0.50％以下、O：0.0030％以下且余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成，Si含量和Al含量满足Si≥Al的关系，Al含量和O含量满足Al/O≥100的关系。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.14 JP 2014-1003461.一种铁素体系不锈钢，其特征在于，具有以质量％计含有C：0.015％以下、Si：1.0％以下、Mn：1.0％以下、P：0.040％以下、S：0.010％以下、Cr：10.0～23.0％、Al：0.2～1.0％、N：0.015％以下、Cu：1.0～2.0％、Nb：0.30～0.65％、Ti：0.50％以下、O：0.0030％以下且余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成，Si含量和Al含量满足Si≥Al的关系，Al含量和O含...
【专利技术属性】
技术研发人员：中村徹之，太田裕树，上力，
申请(专利权)人：杰富意钢铁株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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