[发明专利]耐热性和加工性优良的铁素体系不锈钢板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明特别涉及最适合于需要高温强度和耐氧化性的排气系统构件等的使用的耐热性优良的铁素体系不锈钢板及其制造方法。

背景技术

汽车的排气歧管、前段管以及中心管等排气系统构件由于通过由发动机排出的高温排放气体，因而构成排气构件的材料要求耐氧化性、高温强度、热疲劳特性等多种多样的特性。

以往，汽车排气构件一般使用铸铁，但从排放气体限制的强化、发动机性能的提高、以及车体轻量化等角度考虑，已经使用不锈钢制排气歧管了。排放气体温度依车的种类和发动机结构的不同而不同，但一般的汽油车以700～900℃左右居多，在这样的温度区域长时间使用的环境中，要求具有较高的高温强度以及耐氧化性的材料。

在不锈钢中，奥氏体系不锈钢虽然耐热性以及加工性优良，但其热膨胀系数较大，因而在适用于如排气歧管那样反复接受加热和冷却的构件的情况下，容易产生热疲劳破坏。

另一方面，铁素体系不锈钢与奥氏体系不锈钢相比，其热膨胀系数较小，热疲劳特性和耐氧化皮剥离性优良。另外，与奥氏体系不锈钢相比，由于不含有Ni，因而材料成本也便宜，可以通常地使用。但是，铁素体系不锈钢与奥氏体系不锈钢相比，由于其高温强度较低，因而开发了使高温强度得以提高的技术。例如，有日本工业标准（JIS：Japan Industrial Standard）的SUS430J1（Nb添加钢）、Nb-Si添加钢、SUS444（Nb-Mo添加钢），都以Nb的添加为前提。这是通过Nb的固溶强化或者析出强化而提高高温强度的钢。

除Nb以外，作为有助于高温强度提高的合金，专利文献1～4公开了进行Cu的添加或者Cu-V的复合添加的技术。专利文献1中的Cu添加所研究的是为提高低温韧性而添加0.5%以下，并不是从耐热性的角度考虑而进行的添加。在专利文献2～4中，公开了利用Cu析出物的析出强化而提高600℃或者700～800℃的温度区域下的高温强度的技术。在专利文献1～2以及专利文献5～7中，作为高温特性优良的铁素体系不锈钢，公开了含有B的钢。

这些现有技术都是可以适用于排放气体温度直至850℃这一情况的技术，耐热性最为优良的SUS444不能适应于在超过900℃的排放气体气氛中具有高温强度、热疲劳以及耐氧化性的情况。从近年来的地球环境保护的角度考虑，一般认为具有使汽车的排放气体高温化而提高燃油效率的动向，由此使排放气体温度上升至950℃。在此情况下，用现有的钢难以构成排气歧管。

作为排放气体的高温化对策，专利文献8～13公开了涉及添加W的铁素体系不锈钢的技术。W作为提高高温强度的元素是为人所知的，但W的添加使加工性（拉伸率）变差，从而存在部件加工变得困难的问题和成本方面的课题。另外，W在高温下与Fe结合而以后述的Laves相的方式析出，因而在Laves相粗大化的情况下，存在不能有效地提高耐热性的课题。另外，专利文献14以及15虽然公开了通过规定所添加的Mo和W之和Mo＋W而确保铁素体系不锈钢的高温强度的技术，但仍然没有避免Laves相的粗大化的担心。也就是说，在如排气歧管那样接受与发动机的启动和停止相伴的热循环的情况下，就会产生在长时间使用阶段使高温强度显著降低而发生热疲劳破坏的危险性。也就是说，在现有的材料中，即使高温强度优良，也有因长时间使用而引起Laves相或ε-Cu等析出物的粗大化，从而使热疲劳特性劣化的担心。作为给予不良影响的析出物的例子，在专利文献16中，记载着通过含有P而使FeTiP析出，从而产生不良影响，因此，有必要将P含量抑制在较低的水平。但是，在专利文献17中，虽然规定P在铁素体系不锈钢中对高温高强度化（固溶强化）是有用的，从而含有直至0.1重量%的P，但并没有公开含有高P的实施例。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-37176号公报

专利文献2：国际公开WO2003/004714号公报

专利文献3：日本专利第3468156号公报

专利文献4：日本专利第3397167号公报

专利文献5：日本特开平9-279312号公报

专利文献6：日本特开2000-169943号公报

专利文献7：日本特开平10-204590号公报

专利文献8：日本特开2009-215648号公报

专利文献9：日本特开2009-235555号公报

专利文献10：日本特开平2005-206944号公报

专利文献11：日本特开平2008-189974号公报