TW201326423A

TW201326423A - 肥粒鐵系不銹鋼

Info

Publication number: TW201326423A
Application number: TW101137639A
Authority: TW
Inventors: Tetsuyuki Nakamura; Hiroki Ota; Hiroyuki Ogata
Original assignee: Jfe Steel Corp
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2013-07-01
Also published as: CN103874778A; JP5304935B2; KR101554835B1; EP2767605B1; EP2767605A1; MY153634A; JP2013100595A; US9290830B2; TWI460291B; US20140241931A1; EP2767605A4; ES2613452T3; KR20140068199A; WO2013054524A1

Abstract

本發明所提供的肥粒鐵系不銹鋼，係未添加屬於高單價元素的Mo、W，並將Nb含有量設為最小極限，且熱疲勞特性、高溫疲勞特性及耐氧化性均優異。本發明肥粒鐵系不銹鋼的特徵在於：依質量%計，含有：C：0.020%以下、Si：3.0%以下、Mn：3.0%以下、P：0.040%以下、S：0.030%以下、Cr：10~25%、N：0.020%以下、Nb：0.005~0.15%、Al：0.20~3.0%、Ti：5×(C%+N%)~0.5%、Mo：0.1%以下、W：0.1%以下、Cu：0.55~2.0%、B：0.0002~0.0050%、Ni：0.05~1.0%，其餘則由Fe及不可避免的雜質構成。此處，5×(C%+N%)中的C%、N%係表示各元素含有量(質量%)。

Description

肥粒鐵系不銹鋼

本發明係關於適用於諸如汽車(automobile)與機車(motorcycle)的排氣管(exhaust pipe)、觸媒外筒材料(亦稱「轉接制箱」(converter case))與火力發電廠(thermal electric power plant)的排氣風管(exhaust air duct)等，在高溫環境下使用排氣系統構件的較佳肥粒鐵系不銹鋼(ferritic stainless steel)。

在汽車的排氣系統環境下使用之諸如排氣歧管(exhaust manifold)、排氣管、轉接制箱、消音器(muffler)等排氣系統構件，要求熱疲勞特性(thermal fatigue resistance)、高溫疲勞特性(high temperature fatigue resistance)、及耐氧化性(oxidation resistance)(以下將該等統稱為「耐熱性(heat resistance)」)均優異。在此種要求耐熱性的用途中，目前大多使用諸如經添加Nb與Si之鋼[例如JFE429EX(15質量%Cr-0.9質量%Si-0.4質量%Nb系)(以下稱「Nb-Si複合添加鋼」)]之類的含Cr鋼。特別係已知Nb能大幅提升耐熱性。但是，若含有Nb，則不僅Nb自身的原料成本偏高，就連鋼的製造成本亦提高，因而必需在將Nb含有量壓抑於最小極限的前提下，開發具有高耐熱性的鋼。

針對此項問題，專利文獻1有揭示藉由複合添加Ti、Cu、 B，而提高耐熱性的不銹鋼板。

專利文獻2有揭示經添加Cu之加工性優異的不銹鋼板。

專利文獻3有揭示經添加Cu、Ti、Ni的耐熱肥粒鐵系不銹鋼板。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本專利特開2010-248620號公報

專利文獻2：日本專利特開2008-138270號公報

專利文獻3：日本專利特開2009-68113號公報

然而，專利文獻1所記載的技術，因為有添加Cu，因而耐連續氧化性(continuous oxidation resistance)差，且Ti添加會使氧化銹皮的密接性降低。若耐連續氧化性不足，在高溫使用中會導致氧化銹皮增大，造成母材的壁厚減少，因而無法獲得優異的熱疲勞特性。又，若氧化銹皮的密接性降低，在使用中會發生氧化銹皮剝離，導致會有對其他構件構成影響的問題。

通常，當評價氧化銹皮的增加量時，施行在高溫下保持等溫後，再測定氧化增量(weight gain by oxidation)的連續氧化試驗(continuous oxidation test)，且稱之為「耐連續氧化性」。評價氧化銹皮的密接性時，施行重複升溫與降溫，並調查氧化銹皮有無剝離(spalling of scale)的重複氧化試驗(cyclic oxidation test in air)，稱之為「耐重複氧化性」。以下，稱「耐氧化性」的情況係指耐連續氧化性與耐重複氧化性雙方。

專利文獻2所記載的技術，因為Ti並未適量添加，因而鋼中的C、N會與Cr相鍵結，導致發生在晶界附近形成Cr缺乏層的靈敏化(sensitization)。若出現靈敏化，Cr缺乏層的耐氧化性會降低，因而鋼會有無法獲得優異耐氧化性的問題。

專利文獻3所記載的技術並沒有揭示與Cu、Ti、Ni等元素同時複合添加B的例子。若未添加B，便無法獲得ε-Cu析出時的細微化效果，會有無法獲得優異熱疲勞特性的問題。

本發明係為解決上述問題，目的在於：未添加高單價元素的Mo、W，且將Nb含有量設為最小極限，藉由Ni的適量添加，而改善當有添加Cu與Ti時會降低的耐氧化性。又，目的在於藉由添加Al，而提供熱疲勞特性、高溫疲勞特性及耐氧化性均優異的肥粒鐵系不銹鋼。

發明者等為改善含有Cu與Ti時的耐氧化性降低現象，經深入鑽研發現藉由含有適量的Ni便可獲改善。又，相關重複升溫與降溫的熱疲勞特性，含有Cu能產生有效作用，另一方面，相關長時間等溫保持的高溫疲勞特性，含有Cu的效果不會變大。理由係當在ε-Cu的析出溫度域中長時間保持時，ε-Cu會在短時間內便粗大化，而導致對強化無具貢獻，當保持於較ε-Cu析出溫度域更高溫時，僅能獲得些微的固溶強化貢獻。發明者等針對亦能同時提升高溫疲勞特性的方法進行深入鑽研，結果發現Al的含有係屬有效。

此處，本發明所謂「優異的熱疲勞特性」，具體係指在依拘束率(restraint ratio)0.5重複800℃與100℃的熱疲勞試驗中，具有與Nb-Si複合添加鋼同等級以上的熱疲勞壽命。所謂「優異耐氧化性」係指即便在大氣中依1000℃保持300小時，仍不會引發異常氧化(氧化增量未滿50g/m²)，且在大氣中重複施行1000℃與100℃的400次循環後，仍不會發生氧化銹皮剝離現象。

所謂「優異高溫疲勞特性」係指800℃下施加70MPa的彎曲應力時，高溫疲勞壽命呈與Nb-Si複合添加鋼同等級以上。

本發明係根據上述發現進行更深入檢討而完成，主旨係如下。

[1]一種肥粒鐵系不銹鋼，其特徵在於：依質量%計，含有：C：0.020%以下、Si：3.0%以下、Mn：3.0%以下、P：0.040%以下、S：0.030%以下、Cr：10~25%、N：0.020%以下、Nb：0.005~0.15%、Al：0.20~3.0%、Ti：5×(C%+N%)~0.5%、Mo：0.1%以下、W：0.1%以下、Cu：0.55~2.0%、B： 0.0002~0.0050%、Ni：0.05~1.0%，其餘則由Fe及不可避免的雜質構成。此處，5×(C%+N%)中的C%、N%係表示各元素含有量(質量%)。

[2]如[1]所記載的肥粒鐵系不銹鋼，其中，更進一步依質量%計，含有從：REM：0.001~0.08%、Zr：0.01~0.5%、V：0.01~0.5%、Co：0.01~0.5%中選擇之1種以上。

[3]如[1]或[2]所記載的肥粒鐵系不銹鋼，其中更進一步依質量%計，含有從Ca：0.0005~0.0030%、Mg：0.0002~0.0020%中選擇之1種以上。

藉由本發明，在未添加高單價Mo、W，且將Nb含有量設為最小極限之情況下，獲得800℃下具有與Nb-Si複合添加鋼同等級以上的熱疲勞特性、高溫疲勞特性及耐氧化性之肥粒鐵系不銹鋼，因而極有效使用為汽車用排氣系統構件。

首先，針對達成本發明的基礎試驗，使用圖式進行說明。

1.基礎試驗

以下，規定鋼之成分組成的成分%，全部均指「質量%」。實驗室式熔製成分組成以C：0.010%、N：0.012%、Si：0.5%、Mn：0.3%、Cr：14%、Ti：0.25%、B：0.0015%、Al：0.3%為基質，並使其中含有的Cu、Ni分別在0.3~3.0%、0.03~1.3%範圍內變化各種含有量的鋼，而形成30kg鋼塊(ingot)。經加熱至1170℃後，施行熱軋(hot rolling)而形成厚35mm×寬150mm的片條。將該片條施行二分割，其中一個利用熱軋鍛造形成截面30mm×30mm的角棒，經900~1000℃溫度範圍施行退火後，再利用機械加工製成圖1所示尺寸的熱疲勞試驗片，提供進行熱疲勞試驗。

1.1.相關熱疲勞試驗

圖2所示係熱疲勞試驗方法。將熱疲勞試驗片在100℃~800℃間，依加熱速度10℃/s、冷卻速度10℃/s重複施行加熱/冷卻，同時依拘束率(restraint ratio)0.5重複賦予應變，並測定熱疲勞壽命。100℃與800℃下的保持時間均設為2分鐘。另外，上述熱疲勞壽命係根據日本材料學會標準高溫低循環試驗法標準，將在100℃下所檢測的荷重，除以圖1所示試驗片均熱平行部的截面積(cross-sectional area)而計算出應力(stress)，並將相對於第5次循環(cycle)的應力降低至75%時的循環數，設為「熱疲勞壽命」。另外，為求比較，亦針對Nb-Si複合添加鋼(15%Cr-0.9%Si-0.4%Nb)施行同樣的試驗。

圖3所示係熱疲勞試驗的結果。由圖3中得知，藉由將Cu量設為0.55%以上且2.0%以下，便可獲得與Nb-Si複合添加鋼之熱疲勞壽命(約900循環)同等級以上的熱疲勞壽命。

針對上述經二分割片條的其餘另一者，經由熱軋、熱軋板退火(annealing hot rolled sheets)、冷軋(cold rolling)、精整退火(finishing annealing)的步驟，而形成板厚2mm的冷軋退火板。從所獲得冷軋退火板切取30mm×20mm試驗片，在該試驗片上部鑿設4mmφ孔，利用#320砂紙(emery paper)研磨其表面與端面。經脫脂後，提供進行連續氧化試驗及重複氧化試驗。

1.2.相關連續氧化試驗

將上述試驗片在經加熱至1000℃的大氣環境爐中保持300小時，測定保持前後的試驗片質量差，求取每單位面積的氧化增量(g/m²)。試驗係各實施2次，當只要有1次獲得達50g/m²以上的結果時便評為異常氧化。

圖4所示係Ni量對耐連續氧化特性所造成的影響。由該圖中得知，藉由將Ni量設為0.05%以上且1.0%以下，便可防止異常氧化的發生。

1.3.相關重複氧化試驗

使用上述試驗片，在大氣中，施行重複加熱/冷卻至100℃×1分鐘與1000℃×20分鐘溫度的熱處理，計400循環。測定試驗前後的試驗片質量差，計算出每單位面積的氧化增量(g/m²)，且確認從試驗片表面上有無出現銹皮剝離。當銹皮剝離明顯出現時評為「不及格」，當無發現時便評為「及格」。另外，上述試驗係依加熱速度5℃/sec、冷卻速度1.5℃/sec實施。

圖5所示係Ni量對耐重複氧化特性所造成的影響。由該圖中得知，藉由將Ni量設為0.05%以上且1.0%以下，便可防止銹皮剝離現象。

由以上得知，為防止異常氧化及銹皮剝離，必需將Ni量設為0.05%以上且1.0%以下。

1.4.高溫疲勞試驗(high temperature fatigue test)

將C：0.010%、N：0.012%、Si：0.5%、Mn：0.3%、Cr：14%、Ti：0.25%、B：0.0015%、Cu：1.4%、Ni：0.3%的成分組成設為基質。實驗室式熔製在其中使Al量於0.03~3.1%範圍內進行各種變化的鋼，形成30kg鋼塊。經加熱至1170℃後，施行熱軋而形成厚度35mm×寬150mm的片條。將該片條施行二分割，其中一個經由熱軋、熱軋板退火、冷軋、精整退火的步驟，而形成板厚2mm的冷軋退火板。從依此所獲得的冷軋退火板製作如圖6所示形狀的疲勞試驗片，並提供進行下述高溫疲勞試驗。

使用上述試驗片，利用Schenck式疲勞試驗機，於800℃下，依1300rpm對鋼板表面負荷著70MPa彎曲應力。此時將直到該試驗片出現損壞為止的循環數(損壞循環數)，設為「高溫疲勞壽命」並進行評價。

圖7所示係Al量對損壞循環數(=高溫疲勞特性)造成的影響圖。由該圖中得知，藉由依0.2~3.0%範圍含有Al，便可獲得與Nb-Si複合添加鋼同等級以上的高溫疲勞特性。

2.相關成分組成

其次，針對本發明規定肥粒鐵系不銹鋼之成分組成的理由進行說明。另外，以下所示「成分%」亦是全部均指「質量%」。

C：0.020%以下

C係為提高鋼之強度的有效元素，若含有超過0.020%，韌性與成形性的降低會趨於明顯。所以，本發明中，C係設為0.020%以下。另外，就從確保成形性的觀點，C係越低越佳，較佳係設為0.015%以下。又，更佳係0.010%以下。另一方面，為確保作為排氣系統構件時的強度，C較佳係設為0.001%以上、更佳係0.003%以上。

Si：3.0%以下

Si係為提升耐氧化性的重要元素。此項效果係藉由含有達0.1%以上便可獲得。當需要更優異的耐氧化性時，較佳係含有達0.3%以上。但是，若含有超過3.0%時，不僅會使加工性降低，亦會導致銹皮剝離性降低。所以，Si量係設為3.0%以下。更佳係0.2~2.0%範圍。特佳係0.3~1.0%範圍。

Mn：3.0%以下

Mn係為提高鋼之強度的元素，且亦具有作為脫氧劑的作用。又，能抑制含有Si時的氧化銹皮剝離情形。為能獲得此項效果，較佳係0.1%以上。但是，若含有超過3.0%，則不僅會導致氧化增量明顯增加，亦會造成高溫下容易生成γ 相，致使耐熱性降低。所以，Mn量係設為3.0%以下。較佳係0.2~2.0%範圍。更佳係0.2~1.0%範圍。

P：0.040%以下

P係會導致韌性降低的有害元素，最好盡可能地減少。所以，本發明中，P量係設為0.040%以下。較佳係0.030%以下。

S：0.030%以下

S係屬於會使拉伸與r值降低，並會對成形性造成不良影響，且亦會使屬於不銹鋼基本特性的耐蝕性降低之有害元素，因而最好盡可能減少。所以，本發明中，S量係設為0.030%以下。較佳係設為0.010%以下。更佳係設為0.005%以下。

Cr：10~25%

Cr係為使屬於不銹鋼特徵的耐蝕性、耐氧化性提升之有效重要元素，但若未滿10%，便無法獲得充分的耐氧化性。另一方面，Cr係屬於在室溫中會將鋼予以固溶強化，而硬質化、低延展性化的元素。特別係若含有超過25%，則上述弊端會趨於明顯，因而上限係設為25%。所以，Cr量係設為10~25%範圍。更佳係12~20%範圍。特佳係14~16%範圍。

N：0.020%以下

N係屬於會使鋼之韌性與成形性降低的元素，若含有超過0.020%，則成形性降低會趨於明顯。所以，N係設為0.020% 以下。另外，N係就從確保韌性、成形性的觀點，最好盡可能減少，較佳係設為0.015%以下。

Nb：0.005~0.15%

Nb係會與C、N形成氮碳化物並固定，具有提高耐蝕性、成形性、及熔接部之耐晶界腐蝕性的作用，且能使高溫強度上升，具有提升熱疲勞特性與高溫疲勞特性效果的元素。特別係本發明中，使ε-Cu的析出更加細微化，便可大幅提升熱疲勞特性與高溫疲勞特性。為能獲得此項效果，必需含有0.005%以上。但是，Nb係屬於高單價元素，在熱循環中會形成Laves相(Fe₂Nb)，此若粗大化，便會有對高溫強度無具貢獻的問題。又，因為Nb的含有會使鋼的再結晶溫度提升，因而必需提高退火溫度，牽連於製造成本增加。所以，Nb量的上限設為0.15%。故，Nb量係設為0.005~0.15%範圍。較佳係0.01~0.15%範圍、更佳係0.02~0.10%範圍。

Mo：0.1%以下

Mo係藉由固溶強化而使鋼的強度明顯增加，俾使耐熱性提升的元素。但是，除屬於高單價元素之外，在如本發明含有Ti、Cu、Al的鋼中會導致耐氧化性降低，因而就從本發明主旨而言不積極添加。但，會有從屬於原料的廢料等混入0.1%以下之情況。所以，Mo量係設為0.1%以下。較佳係0.05%以下。

W：0.1%以下

W係與Mo同樣的屬於藉由固溶強化而使鋼的強度明顯增加，俾使耐熱性提升的元素。但是，除與Mo同樣的屬於高單價元素之外，亦具有使不銹鋼的氧化銹皮呈安定化之效果，導致會增加在去除退火時所生成氧化銹皮時的負荷，因而不積極添加。但，會有從屬於原料的廢料等混入0.1%以下之情況。所以，W量係設為0.1%以下。較佳係0.05%以下。更佳係0.02%以下。

Al：0.20~3.0%

已知Al係屬於耐氧化性及耐高溫鹽害腐蝕性提升的有效元素。本發明中，扮演提升高溫疲勞特性的重要元素。此項效果係在0.20%以上時會呈現。另一方面，若超過3.0%，則鋼的韌性會明顯降低，容易導致脆性遭破壞，造成無法獲得優異的高溫疲勞特性，故Al量係設為0.20~3.0%範圍。較佳係0.30~1.0%範圍。為能獲得高溫疲勞特性與耐氧化性及韌性的最佳均衡狀況，設定為0.3~0.6%範圍。

Cu：0.55~2.0%

Cu係對熱疲勞特性提升而言屬於非常有效的元素。此現象係因ε-Cu的析出強化而造成，如圖3所示，Cu量必需達0.55%以上。另一方面，Cu係除會導致耐氧化性與加工性降低之外，若超過2.0%，便會導致ε-Cu粗大化，反會導致熱疲勞特性降低。所以，Cu量係設為0.55~2.0%範圍。較佳係0.7~1.6%範圍。雖後有敘述，僅含有Cu的話，並無法獲得充分的熱疲勞特性提升效果。藉由複合添加B而使ε-Cu細微化，俾提升熱疲勞特性。

Ti：5×(C%+N%)~0.5%

Ti係與Nb同樣的，會將C、N予以固定，而具有使耐蝕性、成形性、及熔接部之晶界腐蝕性提升的作用。本發明中，因為並未積極添加Nb，因而為達C、N的固定，Ti便成為重要元素。為能獲得此項效果，必需含有達5×(C%+N%)以上。此處，5×(C%+N%)中的C%、N%係表示各元素的含有量(質量%)。若含有量少於此的情況，便無法將C、N予以完全固定，導致會發生靈敏化，結果便會造成耐氧化性降低。又，因為Ti不足的部分將牽連於Al會與N相鍵結，因而亦會導致無法獲得本發明中屬於重要之利用Al的固溶強化，而提升高溫疲勞特性的效果。另一方面，若超過0.5%，因為會使鋼的韌性與氧化銹皮的密接性(=耐重複氧化性)降低，因而Ti量係設為5×(C%+N%)~0.5%範圍。較佳係0.15~0.4%範圍。更佳係0.2~0.3%範圍。

B：0.0002~0.0050%

B不僅會提升加工性(特別係二次加工性)，在含Cu鋼中會將ε-Cu細微化而使高溫強度提高，因而就使熱疲勞特性提升而言係屬有效的本發明重要元素。若沒有添加B，ε-Cu便容易粗大化，導致無法充分獲得因含Cu而造成的熱疲勞特性提升效果。此項效果係藉由含有達0.0002%以上便可獲得。另一方面，若超過0.0050%，會使鋼的加工性、韌性降低。所以，B量係設為0.0002~0.0050%範圍。較佳係0.0005~0.0030%範圍。

Ni：0.05~1.0%

Ni在本發明中係屬於重要元素。Ni係屬於不僅能提升鋼的韌性，亦能提升耐氧化性的元素。為能獲得此項效果，必需含有達0.05%以上。若Ni沒有添加、或含有量較少於此量，便會因含有Cu與含有Ti而導致耐氧化性降低。若耐氧化性降低，便會因氧化量增加而造成母材的板厚減少。又，因氧化銹皮的剝離，導致成為龜裂的起點，因而致使無法獲得優異的熱疲勞特性。另一方面，因為Ni係屬於高單價元素，且屬於強力的γ相形成元素，因而若含有超過1.0%，在高溫下會生成γ相，反會導致耐氧化性降低。所以，Ni量係設為0.05~1.0%範圍。較佳係0.08~0.5%範圍、更佳係0.15~0.3%範圍。

以上係屬於本發明肥粒鐵系不銹鋼的基本化學成分。更，就從耐熱性提升的觀點，亦可將諸如REM、Zr、V及Co中選擇1種以上當作「選擇元素」，並依下述範圍含有。

REM：0.001~0.08%、Zr：0.01~0.5%

REM(稀土族元素)及Zr均屬於改善耐氧化性的元素，本發明中視需要添加。為能獲得此項效果，REM較佳係0.001%以上、Zr較佳係0.01%以上。但是，若REM含有超過0.08%，便會使鋼脆化，且若Zr含有超過0.5%，便會析出Zr介金屬化合物，會使鋼脆化。所以，當含有REM時，其量較佳係設為0.001~0.08%範圍，當含有Zr時，其量較佳係設為0.01~0.5%範圍。

V：0.01~0.5%

V係不僅會提升耐氧化性，亦屬高溫強度提升的有效元素。為能獲得此項效果，較佳係達0.01%以上。但是，若含有超過0.5%，便會析出粗大的V(C,N)，導致韌性降低。所以，含有V時，其量較佳係設為0.01~0.5%範圍。更佳係0.03~0.4%範圍。特佳係0.05~0.25%範圍。

Co：0.01~0.5%

Co係屬於使韌性提升的有效元素，且亦屬使高溫強度提升的元素。為能獲得此項效果，較佳係0.01%以上。但是，Co係屬於高單價元素，且即便含有超過0.5%，但上述效果已呈飽和。所以，當含有Co時，其量較佳係設為0.01~0.5%範圍。更佳係0.02~0.2%範圍。

再者，就從加工性、製造性提升的觀點，亦可將從Ca、Mg中選擇1種以上當作「選擇元素」，並依下述範圍含有。

Ca：0.0005~0.0030%

Ca係屬於防止因連續鑄造時容易生成的Ti系夾雜物析出，而導致噴嘴發生阻塞情況的有效成分。此項效果係藉由含有達0.0005%以上才會呈現。但是，為能在不會發生表面缺陷情況下獲得良好的表面性狀，便必需設為0.0030%以下。所以，當含有Ca時，其量較佳係設為0.0005~0.0030%範圍。更佳係0.0005~0.0020%範圍。特佳係0.0005~0.0015%範圍。

Mg：0.0002~0.0020%

Mg係屬於使鋼胚的等軸晶率提升，並提升加工性與韌性的有效元素。在如本發明經添加Ti的鋼中，亦具有抑制Ti之氮碳化物呈粗大化的效果。此項效果係含有達0.0002%以上才會呈現。若Ti氮碳化物呈粗大化，因為會成為脆性斷裂的起點，因而會導致鋼的韌性大幅降低。另一方面，若Mg量超過0.0020%，會導致鋼的表面性狀惡化。所以，當含有Mg時，其量較佳係設為0.0002~0.0020%範圍。更佳係0.0002~0.0015%範圍。特佳係0.0004~0.0010%範圍。

3.相關製造方法

其次，針對本發明肥粒鐵系不銹鋼之製造方法進行說明。

本發明的不銹鋼之製造方法，係在屬於肥粒鐵系不銹鋼之通常製造方法的前提下，均可適當使用，並無特別的限定。例如較佳係利用諸如轉爐(steel converter)、電爐(electric furnace)等公知熔解爐(melting furnace)進行鋼的熔製，或者更進一步經由諸如桶精煉(ladle refining)、真空精煉(vacuum refining)等二次精煉(secondary refining)，便形成具有上述本發明成分組成的鋼。接著，利用連續鑄造法(continuous casting)或鑄錠(ingot casting)-塊料軋延法(blooming rolling)形成鋼片(鋼胚slab)，然後經由諸如：熱軋(hot rolling)、熱軋板退火(hot rolled annealing)、酸洗(pickling)、冷軋(cold rolling)、精整退火(finishing annealing)、酸洗(pickling)等各步驟，而形成冷軋退火板(cold rolled and annealed sheet)。

另外，上述冷軋亦可施行1次、或加入中間退火(process annealing)的2次以上之冷軋。又，諸如冷軋、精整退火、酸洗等各步驟係可重複實施。又，依情況，亦可省略熱軋板退火，當要求鋼板表面的光澤性時，亦可在冷軋後或精整退火後，更施行表皮輥軋(skin pass rolling)。

更較佳的製造方法係將熱軋步驟及冷軋步驟的部分條件設為特定條件。在製鋼中，最好將含有上述必要成分及視需要添加之成分的溶鋼，利用諸如轉爐或電爐等進行熔製，再利用VOD法(Vacuum Oxygen Decarburization method，真空吹氧脫碳法)施行二次精煉。所熔製的溶鋼係可依照公知的製造方法形成鋼素材，但就從生產性及品質的觀點，較佳係利用連續鑄造法實施。

經連續鑄造所獲得的鋼素材，例如被加熱至1000~1250℃，再利用熱軋而形成所需板厚的熱軋板。當然，亦可施行成為板材以外的其他加工。該熱軋板係視需要，經施行600~900℃批次式退火(batch annealing)、或900℃~1100℃連續退火(continuous annealing)之後，再利用諸如酸洗等施行脫銹皮便成為熱軋板製品。又，視需要，在酸洗之前，亦可利用珠粒噴擊(shot blasting)施行銹皮除去(descale)。

再者，為能獲得冷軋退火板，依上述所獲得熱軋退火板經由冷軋步驟而形成冷軋板。在該冷軋步驟中，依照生產上的狀況，視需要亦可施行含有中間退火的2次以上之冷軋。由1次或2次以上的冷軋所構成冷軋步驟之總軋縮率係設為60%以上、較佳係70%以上。

冷軋板係經施行850~1150℃、更佳係850~1050℃的連續退火(精整退火)，接著再施行酸洗，便形成冷軋退火板。又，依照用途，經酸洗後，除輕度的軋延(表皮輥軋延等)之外，尚可施行鋼板的形狀、品質調整。

使用依此所製造獲得的熱軋板製品、或冷軋退火板製品，施行配合各種用途的彎曲加工等，便形成諸如：汽車、機車的排氣管、觸媒外筒材料、及火力發電廠的排氣風管、或燃料電池關聯構件(例如分離器(separator)、內部串聯器(inter connector)、改質器等)。

為將該等構件予以熔接的熔接方法並無特別的限定，可適當使用諸如：MIG(Metal Inert Gas，金屬電極鈍氣)、MAG(Metal Active Gas，金屬電極活性氣體)、TIG(Tungsten Inert Gas，鎢電極惰性氣體)等通常的電弧焊接(arc welding)方法；或諸如：點焊接(spot welding)、縫焊(seam welding) 等電阻焊接(resistance welding)方法；及電縫熔接(electric resistance welding)方法等高頻電阻焊接(high frequency resistance welding)、高頻感應熔接(high frequency induction welding)。

(實施例1)

利用真空熔解爐熔製具有表1所示成分組成的No.1~23、27~40之鋼，經鑄造便形成30kg鋼塊。經加熱至1170℃後，施行熱軋而形成厚35mm×寬150mm的片條。將該片條予以二分割，其中一者利用鍛造形成截面30mm×30mm的角棒，經依850~1050℃施行退火後，再施行機械加工，便製得圖1所示尺寸的熱疲勞試驗片。然後，提供進行下述的熱疲勞試驗。相關退火溫度係一邊依所記載範圍內確認組織，一邊依各個成分進行設定。以下，相關退火亦同。

熱疲勞試驗(thermal fatigue test)

將上述試驗片在100~800℃間重複施行加熱/冷卻，同時如圖2所示依拘束率0.5重複賦予應變，並測定熱疲勞壽命。在100℃與800℃下的保持時間均設為2分鐘。另外，上述熱疲勞壽命係根據日本材料學會標準高溫低循環試驗法標準，將在100℃下所檢測到的荷重，除以圖1所示試驗片均熱平行部的截面積，而計算出應力，並將相對於初期應力降低至75%時的循環數，設為「熱疲勞壽命」。另外，為求比較，亦針對Nb-Si複合添加鋼(15%Cr-0.9%Si-0.4%Nb) 施行同樣的試驗。

使用上述經二分割的片條之其餘另一者，經加熱至1050℃後，施行熱軋而形成板厚5mm的熱軋板。然後，依900~1050℃施行熱軋板退火，經酸洗而形成熱軋退火板，再將其利用冷軋形成板厚2mm，經依850~1050℃施行精整退火便形成冷軋退火板。將其提供進行下述氧化試驗。另外，為求參考，亦針對Nb-Si複合添加鋼(表1的No.27)，依照與上述同樣的製作冷軋退火板，並提供進行評價試驗。

連續氧化試驗(continuous oxidation test)

從依如上述所獲得的各種冷軋退火板中切取30mm×20mm樣品，在樣品上部鑿設4mmφ孔，利用#320砂紙研磨其表面及端面。經脫脂後，在經加熱保持於1000℃的大氣環境爐內保持300小時。經試驗後，測定樣品的質量，求取與預先測定的試驗前質量間之差，並計算出氧化增量(g/m²)。另外，試驗係各實施2次，將較大的值設為該鋼的評價值。當獲得達50g/m²以上的結果時便評為「異常氧化」。

重複氧化試驗(cyclic oxidation test)

使用上述試驗片，在大氣中，施行重複加熱/冷卻至100℃×1分鐘與1000℃×20分鐘溫度的熱處理，計400循環。測定試驗前後的試驗片質量差，計算出每單位面積的氧化增量(g/m²)，並確認從試驗片表面上有無出現剝離的銹皮。當有發現銹皮剝離時便評為「不及格」，當無發現銹皮剝離時便評為「及格」。另外，上述試驗係依加熱速度5℃/sec、冷卻速度1.5℃/sec實施。

高溫疲勞試驗(high temperature fatigue test)

從依如上述所獲得的冷軋退火板，製作如圖6所示形狀的疲勞試驗片，並提供進行下述高溫疲勞試驗。

利用Schenck式疲勞試驗機，在800℃下，依1300rpm對鋼板表面負荷70MPa彎曲應力。此時將直到該試驗片出現損壞為止的循環數(損壞循環數)，設為「高溫疲勞壽命」並進行評價。

所獲得結果係如表1-1及表1-2所示。

標底線處係逾越本發明範圍外

由表1-1及表1-2中得知，本發明例均呈現與Nb-Si複合添加鋼同等級以上的熱疲勞特性、高溫疲勞特性及耐氧化性，確認有達成本案發明目標。

(產業上之可利用性)

本發明的鋼不僅頗適用為諸如汽車等的排氣系統構件用，亦能適用為要求同樣特性之諸如火力發電系統的排氣系統構件、固態氧化物形式的燃料電池用構件。

圖1係熱疲勞試驗片(thermal fatigue test specimen)的說明圖。

圖2係熱疲勞試驗中，溫度、拘束條件(restraint conditions)的說明圖。

圖3係Cu量對熱疲勞特性(壽命)造成的影響說明圖。

圖4係Ni量對耐連續氧化性(氧化增量(weight gain by oxidation))造成的影響說明圖。

圖5係Ni量對耐重複氧化性(氧化增量與有無氧化銹皮剝離)造成的影響說明圖。

圖6係提供進行高溫疲勞試驗用的疲勞試驗片說明圖。

圖7係Al量對高溫疲勞特性(損壞循環數)造成的影響說明圖。

Claims

一種肥粒鐵系不銹鋼，其特徵在於：依質量%計，含有：C：0.020%以下、Si：3.0%以下、Mn：3.0%以下、P：0.040%以下、S：0.030%以下、Cr：10~25%、N：0.020%以下、Nb：0.005~0.15%、Al：0.20~3.0%、Ti：5×(C%+N%)~0.5%、Mo：0.1%以下、W：0.1%以下、Cu：0.55~2.0%、B：0.0002~0.0050%、Ni：0.05~1.0%，其餘則由Fe及不可避免的雜質構成；其中，5×(C%+N%)中的C%、N%係表示各元素含有量(質量%)。
如申請專利範圍第1項之肥粒鐵系不銹鋼，其中，更進一步依質量%計，含有從：REM：0.001~0.08%、Zr：0.01~0.5%、V：0.01~0.5%、Co：0.01~0.5%中選擇之1種以上。
如申請專利範圍第1或2項之肥粒鐵系不銹鋼，其中，更進一步依質量%計，含有從Ca：0.0005~0.0030%、Mg：0.0002~0.0020%中選擇之1種以上。