特許ウォッチ

公開番号2024088135
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-02
出願番号2022203162
出願日2022-12-20
発明の名称フェライト系ステンレス鋼
出願人JFEスチール株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類C22C 38/00 20060101AFI20240625BHJP(冶金;鉄または非鉄合金;合金の処理または非鉄金属の処理)
要約【課題】耐酸化性、熱疲労特性(熱疲労寿命および熱疲労破断寿命)、高温疲労特性、ならびに靭性に優れるフェライト系ステンレス鋼を提供する。
【解決手段】本発明のフェライト系ステンレス鋼は、質量%で、C:0.015%以下、Si:0.50～0.90%、Mn:1.00%以下、P:0.040%以下、S:0.010%以下、Al:0.25～0.38%、N:0.015%以下、Cr:16.0～17.5%、Cu:1.00～1.30%、Nb:0.48～0.65%、Ni:0.50%以下、V:0.005～0.080%、Ti:0.005～0.30%を含有し、Si含有量とAl含有量の比(Si/Al)が、Si/Al≧2.0を満たし、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有する。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．０１５％以下、
Ｓｉ：０．５０～０．９０％、
Ｍｎ：１．００％以下、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．０１０％以下、
Ａｌ：０．２５～０．３８％、
Ｎ：０．０１５％以下、
Ｃｒ：１６．０～１７．５％、
Ｃｕ：１．００～１．３０％、
Ｎｂ：０．４８～０．６５％、
Ｎｉ：０．５０％以下、
Ｖ：０．００５～０．０８０％、
Ｔｉ：０．００５～０．３０％を含有し、
Ｓｉ含有量とＡｌ含有量の比（Ｓｉ／Ａｌ）が、Ｓｉ／Ａｌ≧２．０を満たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有するフェライト系ステンレス鋼。
続きを表示（約 280 文字）【請求項２】
さらに、質量％で、
Ｂ：０．００５０％以下、
ＲＥＭ：０．０８％以下、
Ｚｒ：０．５０％以下、
Ｃｏ：０．５０％以下、
Ｓｎ：０．５０％以下、
Ｓｂ：０．５０％以下
のうちから選ばれる１種または２種以上を含有する請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼。
【請求項３】
さらに、質量％で、
Ｃａ：０．００５０％以下、
Ｍｇ：０．００５０％以下
のうちから選ばれる１種または２種を含有する請求項１または２に記載のフェライト系ステンレス鋼。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェライト系ステンレス鋼に関するものであり、詳細にはＣｒ含有鋼に係り、とくに自動車やオートバイの排気管やコンバータケース、火力発電プラントの排気ダクト等の高温下で使用される排気系部材に用いて好適な、優れた耐酸化性、熱疲労特性（熱疲労寿命および熱疲労破断寿命）、高温疲労特性、ならびに靭性を有するフェライト系ステンレス鋼に関するものである。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
自動車のエキゾーストマニホールドや排気パイプ、コンバータケースおよびマフラー等の排気系部材には、優れた耐酸化性、熱疲労特性および高温疲労特性（以下、これらをまとめて耐熱性と記すこともある。）が要求されている。熱疲労とは、排気系部材が、エンジンの始動および停止に伴って加熱および冷却を繰り返し受ける際、周辺の部品との関係で拘束された状態にあることにより、上記排気系部材の熱膨張および収縮が制限されて、素材自体に発生する熱ひずみに起因した低サイクル疲労現象のことをいう。一方、高温疲労とは、加熱された状態で振動を受け続けることで亀裂が生じる高サイクル疲労現象のことであり、上記の熱疲労とは全く異なる現象である。
【０００３】
上記の耐酸化性、熱疲労特性および高温疲労特性が求められる部材に用いられる素材としては、現在、ＮｂとＳｉを含有したＴｙｐｅ４２９（１４ｍａｓｓ％Ｃｒ－０．９ｍａｓｓ％Ｓｉ－０．４ｍａｓｓ％Ｎｂ系）のようなＣｒ含有鋼が多く使用されている。しかし、エンジン性能の向上に伴い、排ガス温度が８００℃を超えるような温度まで上昇してくると、Ｔｙｐｅ４２９では特に、熱疲労特性を十分に満たすことができなくなってきている。
【０００４】
この問題に対応できる素材として、例えば、ＮｂとＭｏを含有して高温耐力を向上させたＣｒ含有鋼、ＪＩＳＧ４３０５に規定されるＳＵＳ４４４（１９ｍａｓｓ％Ｃｒ－０．５ｍａｓｓ％Ｎｂ－２ｍａｓｓ％Ｍｏ）が開発されている。また、Ｎｂ、Ｍｏ、およびＷを含有したフェライト系ステンレス鋼等が開発されている。しかし、ＭｏやＷといったレアメタルは可採地域が限られていることなどの理由で、資源の枯渇や、価格の高騰といったリスクを抱えており、ＭｏやＷを含まずに高い耐熱性を有するフェライト系ステンレス鋼が求められている。
【０００５】
ＭｏやＷを含まずに高い耐熱性を有するフェライト系ステンレス鋼として、例えば、特許文献１～３には、ＣｕおよびＡｌの含有によって耐酸化性と熱疲労特性、高温疲労特性を高めたフェライト系ステンレス鋼が開示されている。一方で、耐熱性を高めるために各種合金元素を含有すると、鋼が硬質化し脆くなり、部品成形時に脆性割れが生じてしまうリスクがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特許第４３８６１４４号公報
特許第４７０２４９３号公報
特許第５９００７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者らの研究によれば、特許文献１～３には、ＣｕとＡｌの含有によって耐酸化性や熱疲労特性、高温疲労特性を向上させた鋼が開示されているが、最重要特性である熱疲労特性については、さらに高い特性が求められるようになってきている。また、特許文献１～３では、部品成形時に求められる靭性については考慮されていない。
【０００８】
以下に詳細を記述する。
【０００９】
従来、熱疲労試験において、その寿命（熱疲労寿命）は、応力値が初期値に対して一定の割合（例えば７０％や７５％）まで低下したサイクル数で定義して評価していた。しかしながら、実際、その時点で破断は生じておらず、その後破断にまで至る間の挙動については従来の熱疲労試験では考慮されていない。実部品における耐久性の評価に際しては、貫通亀裂が生じ、排ガスのリーク（漏れ）が生じるかどうかで評価されることが多いため、熱疲労試験における寿命到達後から、試験片の破断に至るまでに要する時間（サイクル）についても考慮が必要となる。
【００１０】
例えば、応力値が一定の割合まで低下したサイクル数で定義された熱疲労寿命が同等の鋼があったとしても、熱疲労寿命到達後から破断に至るまでのサイクル数が長ければ、実部品における貫通亀裂が生じるまでにはより多くの時間がかかる。すなわち、熱疲労寿命到達後から破断に至るまでのサイクル数が長い鋼の方が優れた耐久性を示すことになる。本発明のフェライト系ステンレス鋼は、従来の試験上定義された熱疲労寿命に加えて、熱疲労寿命から破断に至るまでのサイクル数まで考慮して開発されたものである。以降、この熱疲労寿命から破断に至るまでのサイクル数を熱疲労破断寿命と呼ぶ。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許