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耐热奥氏体系不锈钢板的制作方法

发布时间:2019-01-26来源:作者:


耐热奥氏体系不锈钢板的制作方法

伴随着近年来的汽车排气限制的强化,出现追求发动机的高效率化的倾向。如果 要提高发动机的燃烧效率,则有排气温度上升的倾向。此外,还有以涡轮增压器为代表的增 压器的使用也大大增加的倾向。因此,对于排气集管及涡轮增压器的罩壳等构件要求更优 异的耐热性。作为今后的动向,设想排气温度会达到1100°c。以往,如果达到该温度区,则 不能使用不锈钢板,而多使用铸钢,但在此种情况下,因重量加重、热容量大,而有热效率下 降、下游的排气净化催化剂转换器中的温度下降大、催化剂效率下降等问题。所以,期待着 可在最高温度1100°c下使用的不锈钢板。

 在耐热奥氏体系不锈钢中,作为代表性的钢,已知有SUS310S(25Cr-20Ni)及 SUSXM15Jl(19Cr-13Ni-3Si)等,但这些钢种能否在最高温度达到1100°C的环境下使用还 有疑问。

作为具有超过SUS310S及SUSXM15J1的耐热性的奥氏体系不锈钢,有专利文献1 中公开的钢及专利文献2中公开的钢,但这些钢没有设想直至1KKTC下的使用。所以,迄今 没有可在最高温度ll〇〇°C下使用的不锈钢板。

耐热奥氏体系不锈钢板的制作方法

发明要解决的问题

 在以往的奥氏体系不锈钢板中,1KKTC下的高温强度或耐氧化性不充分,难以在 最高温度达到ll00°C的环境下使用。因而本发明的课题是提供一种可在最高温度达到 1100°C的高温环境下使用的耐热奥氏体系不锈钢板。

用于解决课题的手段

本发明人等为了开发可在达到1100°c的环境下使用的耐热奥氏体系不锈钢板,首 先,对1KKTC下必要的奥氏体系不锈钢板的特性进行了调查。其结果是,关于高温强度,由 于需要防止变形,因此认为应以0. 2%屈服强度为指标进行评价。此外,关于耐氧化性,由于 奥氏体系不锈钢板与铁素体系不锈钢钢板相比热膨胀系数大,因此在汽车排气系统等温度 变化激烈的部位中使用时,与在最高温度下保持的连续氧化试验相比,认为通过重复最高 温度、室温的间断氧化试验进行评价更适合,因此考虑通过1100°c和室温下的重复的间断 氧化试验进行评价。其结果是,判明了:以往在l〇〇〇°C的环境下使用的不锈钢板实际上在 1100 °c下的耐热性不充分。

本发明人等进行了进一步的研究,关于可在达到1100°C的环境下使用的奥氏体系 不锈钢的高温强度,发现添加C和N及Mo是有效的。判明了:在奥氏体系不锈钢中,C、N即 使单独添加也可提高高温强度,但通过与Mo的复合添加,特别是可提高1000°C以上时的高 温强度。推断这不是C、N和Mo的相互作用、例如集聚(cluster)形成所产生的效果。另 外,还判明了:在奥氏体系不锈钢中,除了C和N及Mo以外,添加Nb、V、W及Co中的任意1 种以上的元素也是有效的。可推断:在奥氏体系不锈钢中添加Nb、V、W及Co中的任意1种 以上的元素会相对于C、N起到与Mo的效果同样的作用。可是,如果在奥氏体系不锈钢中过 剩地添加Nb、V、W及Co中的任意1种以上的元素,则形成碳氮化物,且粗大化,由此可确认 提高高温强度的效果下降。

此外,关于奥氏体系不锈钢的耐氧化性,判明了 :除了Cr和Si、Mn以外,添加适当 量的Mo、以及抑制Ti的添加量是必要的。特别是,可知:在奥氏体系不锈钢中添加Si、Mo 是重要的,可抑制氧化皮的生长及剥离,使1100°C下的间断氧化试验中的氧化损失(厚度 减少量)显著减少。此外,还可知:如果在奥氏体系不锈钢中添加Ti,则促进氧化皮生长及 剥离,因此最好尽量抑制Ti的添加。

 本发明是基于上述见识而作出的发明,解决本发明的课题的手段即本发明的奥氏 体系不锈钢板如下。

 (1) -种耐热奥氏体系不锈钢板,其特征在于:以质量%计含有C:0. 05~ 0. 15%、Si:1. 0 ~3. 5%、Mn:0 5 ~2. 0%、P:0 04% 以下、S:0 01% 以下、Cr:23. 0 ~ 26. 0%、Ni:10. 0 ~15. 0%、Mo:0. 50 ~1. 20%、Ti:0. 1% 以下、A1 :0. 01 ~0. 10%、N: 0. 10~0. 30% ;C和N的合计量(C+N)为0. 25~0. 35% ;剩余部分包含Fe及不可避免的 杂质。

(2)根据上述(1)所述的耐热奥氏体系不锈钢板,其中,以质量%计进一步含有 Nb:0. 01 ~0. 5%、V:0. 01 ~0. 5%、W:0. 01 ~0. 5%、Co:0. 01 ~0. 5% 中的任意 1 种或 2 种以上;而且,].〇、他、¥、¥和(:〇的合计量(]\1〇+他+¥+1+(:〇)为1.5%以下。

 (3)根据上述⑴或⑵所述的耐热奥氏体系不锈钢板,其中,以质量%计进一步 含有Cu:0. 1~2. 0%、B:0. 0001~0. 01%、Sn:0. 005~0. 1%中的任意1种或2种以上。

(4)根据上述⑴~(3)中任一项所述的耐热奥氏体系不锈钢板,其中,1100°C高 温强度以〇. 2 %屈服强度计为20MPa以上。

(5)根据上述⑴~(3)中任一项所述的耐热奥氏体系不锈钢板,其中,1100°C高 温强度以〇. 2 %屈服强度计为30MPa以上。

(6)根据上述⑴~(5)中任一项所述的耐热奥氏体系不锈钢板,其中,1KKTC间 断氧化试验中的重量损失为50mg/cm2以下。

发明效果

根据本发明的耐热奥氏体系不锈钢,除了高温强度、耐氧化性优异以外,加工性也 优异,因此可提供耐热性优异的不锈钢板。

【具体实施方式】

以下,对本发明的实施方式进行说明。首先,对限定本实施方式的不锈钢板的钢组 成的理由进行说明。再者,有关组成的%的标记,只要不特别说明,都意味着质量%。

(C:0. 05 ~0. 15% )

C对于提高奥氏体系不锈钢的高温强度是有效的。特别是,在超过600°C的区域也 存在该提高效果。认为这不是C单质的效果,而是N与其它合金元素(Mo、Nb、V等)的相互 作用而产生的。可是,过剩的C容易形成Cr碳化物,使成形性和耐腐蚀性、热乳板韧性劣化。 因此,将C的适当的添加量规定为0.05~0. 15%。C的添加量更优选为0.07%~0. 15%。

(N:0. 10 ~0. 30% )

N与C同样对于提高奥氏体系不锈钢的高温强度是有效的。特别是,在超过600°C的区域也存在该提高效果。认为这不是N单质的效果,而是N和其它合金元素(Mo、Nb、V等) 的相互作用而产生的。可是,过剩的N容易形成Cr氮化物,使成形性和耐腐蚀性、热乳板韧 性劣化。因此,将适当的N的添加量规定为0.1~0.30%。N的添加量更优选为0.15%~ 0. 25%〇

(C+N:0. 25 ~0. 35% )

 C及N对于提高高温强度都具有效果,但为了得到充分的效果,C和N的合计量 (C+N)需要添加0.25%以上。可是,过剩的添加不仅招致形成粗大的碳氮化物,使提高高温 强度的效果降低,而且使加工性下降,因此将〇. 35%作为上限。C和N的合计量更优选为 0. 30%~0. 35%。

(Si:1. 0%~3. 5% )

Si作为脱氧剂也是有用的元素,同时也是提高奥氏体系不锈钢的耐氧化性的元 素,在本发明中是重要的元素。耐氧化性随着Si量的增加而提高。

在Si含量为1. 0%以上时体现该效果,因此将下限规定为1. 0%。在超过1. 5% 时效果更显著。可是,Si是使韧性大大降低的元素,过度的添加使韧性以及常温延展性降 低。因此,将Si含量规定为3. 5%以下,优选规定为2.0%以下。更优选的Si含量的范围 为 1. 60%~2. 0%〇

(Mn:0. 5 ~2. 0% )

 Mn是奥氏体稳定化元素,是作为脱氧剂添加在奥氏体系不锈钢中的元素。此外, 是有助于提高中温区的高温强度的元素。为了节约高价的Ni,而添加0.5%以上的Mn。另 一方面,Mn的过度的添加因形成MnS而使耐腐蚀性下降,因此将Mn的添加量的上限规定为 2. 0%。Mn的添加量更优选为0.7%~1.6%。

(P:0.04% 以下)

P是制造上不可避免地混入的元素,对焊接性产生不良影响,其含量需要尽量降 低。因此,将奥氏体系不锈钢中的P含量规定为0.04%以下。再者,优选为0.03%以下。再 者,P的含量的下限值没有特别的限定,但有时不可避地混入〇. 015%。

(S:0.01% 以下)

S是制造上不可避免地混入的元素,对焊接性产生不良影响。此外,形成MnS而 使耐腐蚀性、耐氧化性劣化。因此,奥氏体系不锈钢中的S含量需要尽量降低,将其规定为 0. 01%以下。再者,优选为0.002%以下。再者,S的含量的下限值没有特别的限定,但有时 不可避免地混入0. 0010%。

(Cr:23. 0 ~26. 0% )

[0043] Cr对于确保奥氏体系不锈钢的耐氧化性、耐腐蚀性是必需的元素。但是,也是如 果过剩地添加则容易产生〇脆性的元素。因此,将Cr的添加量的适当范围规定为23. 0~ 26. 0%。Cr的添加量更优选为23. 0%~25.0%。

 (Ni:10. 0 ~15. 0% )

Ni是奥氏体稳定化元素,是提高奥氏体系不锈钢的耐腐蚀性的元素。如果Ni少则 不能稳定地形成奥氏体相,因此添加10. 〇%以上的Ni。可是,Ni是高价的元素,因此如果 过剩地添加则成为高成本。所以,将Ni的添加量的上限

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