[发明专利]耐热性优良的铁素体系不锈钢

说明书

技术领域

本发明涉及一种含Cr钢，特别是涉及适合用于汽车(automobile)和摩托车(motorcycle)的排气管(exhaust pipe)和转换器外壳(converter case)、火力发电厂(thermal electric power plant)的排气管道(exhaust air duct)等在高温下使用的排气系统构件的、兼备优良的热疲劳特性(thermal fatigue resistance)、抗氧化性(oxidation resistance)及高温疲劳特性(high temperature thermal fatigue resistance)的铁素体系不锈钢(ferritic stainless steel)。

背景技术

对于汽车的排气歧管(exhaust manifold)、排气管、转换器外壳、消声器(muffler)等排气系统构件，除要求抗氧化性优良以外，还要求热疲劳特性及高温疲劳特性(以下将它们总称为“耐热性(heat resistance)”)也优良。在此，上述热疲劳是指如下疲劳现象：随着发动机启动和停止(initiation and stop of engine operation)而使排气系统构件反复承受加热和冷却，但是，由于上述构件处于受与周边的部件的相互关系的约束的状态，因而热膨胀和收缩受到限制而使原材料自身发生热应变(thermal strain)，由该热应变而引起疲劳现象。另外，上述高温疲劳(high-temperature fatigue)是指在发动机运转中排气系统构件在被加热的状态下持续受到振动(vibration)，而由该振动导致的应变蓄积所引起的疲劳现象(fatigue phenomena)。前者为低循环疲劳(low-cycle fatigue)，后者为高循环疲劳(high-cycle fatigue)，是完全不同的疲劳现象。

作为要求这样的耐热性的构件所使用的原材料，目前大多使用添加了Nb和Si的Type 429(14Cr-0.9Si-0.4Nb系)之类的含Cr钢。但是，随着发动机性能的提高，若排气温度(exhaust gas temperature)上升至超过900℃的温度，则Type 429将不能充分满足要求特性、特别是热疲劳特性。

作为能够应对该问题的原材料而开发了例如添加Nb和Mo来提高高温屈服强度(high temperature proof stress)的含Cr钢、JIS G4305中规定的SUS444(19Cr-0.5Nb-2Mo)、添加了Nb、Mo、W的铁素体系不锈钢等(例如参照专利文献1)。但是，由于目前Mo和W等稀有金属(rare metal)的价格异常高且波动，因此要求开发使用廉价原料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，例如专利文献2中公开了一种在10～20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％的汽车排气管道构件用铁素体系不锈钢，另外，专利文献3中公开了一种在10～20质量％Cr钢中添加了Ti：0.05～0.30质量％、Nb：0.10～0.60质量％、Cu：0.8～2.0质量％、B：0.0005～0.02质量％的热疲劳特性优良的铁素体系不锈钢，另外，专利文献4中公开了一种在含15～25质量％Cr的钢中添加了Cu：1～3质量％的汽车排气系统部件用铁素体系不锈钢。这些钢均以通过添加Cu来提高热疲劳特性为特征。

但是，如专利文献2、3及4所示，在添加了Cu的情况下，虽然热疲劳特性提高，但是抗氧化性却明显下降，总体上造成耐热性下降。另外，Cu添加钢有时因所使用的温度条件而不能得到优良的热疲劳特性。