铁素体系不锈钢的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及适合用于汽车、摩托车的排气管、催化剂外筒材料（也称为转化器壳 体）、火力发电厂的排气管道等在高温环境下使用的排气系统部件的铁素体系不锈钢。
【背景技术】
[0002] 对作为汽车的排气系统部件使用的排气歧管、排气管、转化器壳体和消音器等 排气系统部件，要求热疲劳特性（thermal fatigue property)、抗氧化性（oxidation resistance)(以下，将它们统称为"耐热性（heat resistance property)"）优异。
[0003] 在这样的要求耐热性的用途上，目前大多使用添加有Nb和Si的钢（例如， JFE429EX (15质量％ Cr-O. 9质量％ Si-O. 4质量％ Nb系）（以下称为Nb-Si复合添加钢）） 这样的含Cr钢。特别是已知Nb可大幅提高耐热性。此外，也开发了除Nb以外还添加有可 提高耐热性的Mo、W的钢（例如，SUS444(18质量％ Cr-2质量％ Mo-O. 5质量％ Nb))，用于 需要更高耐热性的部件。
[0004] 另外，专利文献1中公开了通过复合添加 Ti、Cu、B来提高耐热性的不锈钢板。专 利文献2、专利文献3和专利文献4中公开了添加有Al的耐热铁素体系不锈钢。专利文献 5中还公开了添加有Al的耐水蒸气氧化特性优异的铁素体系不锈钢。
[0005] 专利文献1 :日本特开2010-248620号公报
[0006] 专利文献2 :日本特开2009-68113号公报
[0007] 专利文献3 :日本特开2004-307918号公报
[0008] 专利文献4 :日本特开2001-316773号公报
[0009] 专利文献5 :日本特开2009-167443号公报
【发明内容】
[0010] 然而，在专利文献1所记载的技术中存在如下问题：由于添加有Cu，所以在连续氧 化试验中发生异常氧化（abnormal oxidation，breakaway)而得不到所需的抗连续氧化性。
[0011] 专利文献2和专利文献3中记载的技术存在如下问题：虽然添加有A1，但未考虑 热疲劳特性。专利文献4所记载的技术中也存在如下问题：虽然添加有A1，但在连续氧化 试验中发生异常氧化，或者在反复氧化试验中发生氧化皮的剥离等，有时得不到所需的抗 氧化性。专利文献5所记载的技术中也存在如下问题：虽然涉及到添加了 Al的耐水蒸气氧 化特性，但有时在反复氧化时发生氧化皮的剥离，或者得不到优异的抗反复氧化性。
[0012] 另一方面，从合金元素的观点出发，Mo和W是高价元素，并且存在使热加工性降低 而产生表面缺陷或者使加工性的降低问题。Nb不仅也是高价元素，而且由于使钢的重结晶 温度变高，需要提高退火温度，存在制造成本变高的问题。对于Cu，也存在使抗氧化性、加工 性降低的问题。
[0013] 因此，期望开发在极力抑制了上述合金元素的添加量的基础上具有高耐热性的 钢。
[0014] 本发明的目的是提供一种极力抑制了高价且使各种特性降低的Mo、W和Nb以及使 抗氧化性、加工性降低的Cu的含量的基础上，热疲劳特性和抗氧化性优异的铁素体系不锈 钢。
[0015] 发明人等对Al含量和Ti含量对热疲劳特性产生的影响，乃至对Cr、Ni的含量和 Al与Cr的含量比对抗氧化性产生的影响进行了深入研宄，发现了 Al、Ti、Cr和Ni的最佳 含量范围。本发明是对上述见解进行进一步研宄而完成的，其主旨如下。
[0016] [1] -种铁素体系不锈钢，其特征在于，以质量％计，含有C :0.020%以下、Si : 3. 0%以下、Mn :1· 0%以下、P :0· 040%以下、S :0· 030%以下、Cr :大于等于10. 0%且小于 16. 0%、N :0· 020% 以下、Al :L 4 ~4. 0%、Ti :大于 0· 15%且小于等于 0· 5%、Ni :0· 05 ~ 0. 5%，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，并且满足下述式（1)。
[0017] Al %/Cr % 彡 0· 14…（1)
[0018] 应予说明，式中的Al%、Cr%分别表示Al、Cr的含量（质量％ )。
[0019] [2]如[1]所述的铁素体系不锈钢，其特征在于，进一步以质量％计含有选自Nb : 0. 01~0. 15%、Cu :大于等于0. 01%且小于0. 4%中的1种以上。
[0020] [3]如[1]或[2]所述的铁素体系不锈钢，其特征在于，进一步以质量％计含有选 自Mo :0· 02~0· 5%、W :0· 02~0· 3%中的1种以上。
[0021] [4]如[1]~[3]中任一项所述的铁素体系不锈钢，其特征在于，进一步以质量％ 计含有选自 REM :0· 001 ~0· l%、Zr :0· 01 ~0· 5%、V :0· 01 ~0· 5%、Co :0· 01 ~0· 5% 中 的1种以上。
[0022] [5]如[1]~[4]中任一项所述的铁素体系不锈钢，其特征在于，进一步以质量％ 计含有选自 B :0· 0002 ~0· 0050%、Mg :0· 0002 ~0· 0020%、Ca :0· 0005 ~0· 0030% 中的 1 种以上。
[0023] 应予说明，抗氧化性是指抗连续氧化性和抗反复氧化性两者，抗连续氧化性是用 高温下恒温保持后的氧化增量进行评价，抗反复氧化性是用反复升温和降温后的氧化增量 和有无氧化皮的剥离来进行评价。
[0024] 如果抗连续氧化性不足，则在高温使用中氧化皮增大，母材的壁厚减少，因此得不 到优异的热疲劳特性。另外，如果抗反复氧化性低，则在使用中发生氧化皮的剥离，对下游 的转化器等其它部件的影响成为问题。
[0025] 根据本发明，能够得到使Mo、W、Nb和Cu的含量最小限度且具有与Nb-Si复合添加 钢同等以上的热疲劳特性和抗氧化性的铁素体系不锈钢，因此对汽车用排气系统部件极为 有效。
【附图说明】
[0026] 图1是说明热疲劳试验片的图。
[0027] 图2是说明热疲劳试验中的温度、约束条件的图。
[0028] 图3是表示Al(%)/Cr(%)对抗连续氧化性（氧化增量）产生的影响的图。
[0029] 图4是表示Al (%)/Cr (%)对抗反复氧化性（氧化增量和有无氧化皮剥离）产 生的影响的图。
【具体实施方式】
[0030] 以下，对本发明的各构成要件的限定理由进行说明。
[0031] 1.对于成分组成
[0032] 对规定本发明的铁素体系不锈钢的成分组成的理由进行说明。应予说明，成分％ 全部是指质量％。
[0033] C :0.020% 以下
[0034] C是对提高钢的强度有效的元素，但如果含有超过0. 020%，则韧性和成型性的降 低变得显著。因此，在本发明中，C为0.020%以下。应予说明，从确保成型性的观点出发， C越低越优选，优选为0.015%以下。进一步优选为0.010%以下。另一方面，为了确保作为 排气系统部件的强度，C优选为0. 001 %以上，更优选为0. 003%以上。
[0035] Si :3.0% 以下
[0036] Si是为提高抗氧化性重要的元素。该效果通过含有