專利名稱：汽車排氣材料用的熱軋鐵素體鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可以在熱軋退火狀態(tài)下用作汽車的排氣系統(tǒng)材料，特別是用作被加熱至高溫的排氣歧管、廢氣管等的材料的鐵素體鋼。
以往，汽車的排氣歧管或廢氣管等排氣系統(tǒng)材料，一直使用球墨鑄鐵或鍍鋁普通鋼。近年來(lái)，為了降低汽車的燃料消耗、凈化排出的廢氣、提高輸出功率，人們力圖使空氣/燃料比達(dá)到最優(yōu)化，結(jié)果使得從發(fā)動(dòng)機(jī)中排出廢氣的溫度上升至800℃以上，上述現(xiàn)有技術(shù)材料的抗氧化性、耐高溫性等高溫特性顯得不足，因此，代替上述材料而主要使用SUH409L系不銹鋼。
壁厚在5mm以上的球墨鑄鐵制的排氣歧管改用1.5-2.5mm的不銹鋼制造，其重量可以減小百分之幾十，汽車的燃油消耗大為改善。另外，改用薄壁的不銹鋼制造后，熱容量減小，從而避免了排氣溫度下降，使得用以凈化排出廢氣中的NOx等的催化劑的活性效果可以及早地發(fā)揮，大大地提高了排氣凈化效果。
如上所述，不銹鋼用作排氣系統(tǒng)材料是非常好的，盡管如此，使用不銹鋼制的排氣歧管、廢氣管只限于一部分車種，這是因?yàn)?1)成本高上述的不銹鋼，其材料本身的成本比鑄鐵和鍍鋁普通鋼要高。
另外，鑄鐵的形狀自由度大，相比之下，采用不銹鋼，無(wú)論是管材還是板材，為了進(jìn)行復(fù)雜的彎曲、沖壓加工，必須進(jìn)行冷軋—退火處理，導(dǎo)致生產(chǎn)成本提高。
眾所周知，如果鋼坯加熱溫度或熱軋開始溫度低于1250℃，可以得到高的加工性能。但是，這樣一來(lái)，熱軋輥的磨損加大，并且由于壓下載荷增大而引起設(shè)備的負(fù)荷增大，損害了由于在熱軋退火狀態(tài)下使用而帶來(lái)的好處，導(dǎo)致生產(chǎn)成本提高。
(2)加工困難汽車排氣系統(tǒng)材料如果具有良好的高溫耐力，就可以實(shí)現(xiàn)薄壁化，有助于減輕自身重量。眾所周知，作為提高鐵素體不銹鋼的高溫耐力的手段，一般是添加Nb。問(wèn)題是，怎樣才能既保持高溫耐力，又減少室溫加工性能的惡化，這樣的現(xiàn)有技術(shù)有很多。但是，使用像本申請(qǐng)中所公開那樣的熱軋退火狀態(tài)的材料加工成汽車排氣系統(tǒng)，在以前是不可能的，也沒(méi)有可以提供實(shí)用的材料。
在汽車排氣系統(tǒng)材料領(lǐng)域中的現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)有很多，例如特開平4-74852、特開昭60-145359(US4640722)、特公平1-41694(US4286986)、特開昭64-68448(US4834808)、US44179、US3997373等。這些文獻(xiàn)都是采用冷軋退火板，沒(méi)有打算使用熱軋板。一般地說(shuō)，冷軋退火板由于冷軋加工而破壞了熱軋組織，因此，只要有充分的壓下率，熱軋退火板的加工性就不成問(wèn)題。這些文獻(xiàn)中所述的材料，在熱軋退火狀態(tài)下作為汽車排氣系統(tǒng)材料不具有足夠的加工性能。
有關(guān)使用熱軋板的鐵素體不銹鋼的文獻(xiàn)，例如特開昭57-85960(US4331474)、US3650731、特開平4-232231等。但是，如下所述，這些材料作為汽車排氣系統(tǒng)材料使用，其性能不能充分滿足要求。
特開昭57-85960(US4331474)中公布的材料，如同該專利中的表II所示，熱軋板的延伸率低，對(duì)于汽車排氣系統(tǒng)材料用途來(lái)說(shuō)，不具有足夠的加工性能。
另外，US3650731、特開平4-232231中所公開的材料的特征是為了改善韌性，在熱軋的精軋時(shí)，γ相為50-100％。因此，將這些材料用于要求焊接部位具有彎曲加工性的汽車排氣系統(tǒng)材料時(shí)，在焊接部位發(fā)生由γ相變成馬氏體(α′)的相變，結(jié)果如表4所示，彎曲加工性惡化。另外，汽車排氣系統(tǒng)材料由于在高溫與室溫之間反復(fù)地加熱、冷卻，如果是α＋α′的兩相組織，α′將轉(zhuǎn)變成α或γ相，其熱脹、冷縮量與其它部位不同，誘發(fā)應(yīng)力而造成破壞。
如上所述，目前尚沒(méi)有能同時(shí)滿足可以在通常的熱軋—退火狀態(tài)下用于汽車排氣部件的高溫性能和加工性能而又成本較低的材料。因此，如果開發(fā)出這樣的材料，將可以降低燃料消耗、改善排氣凈化特性、提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，是極其有益的。
本發(fā)明的目的是，研制具有汽車排氣系統(tǒng)的材料所需要的高溫性能，即高溫耐力、抗氧化性、高溫鹽害特性，用通常的制造方法也能確保常溫下的高加工性能的、成本較低的熱軋鐵素體鋼。
為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明人對(duì)材料成分和熱軋板退火后的特性進(jìn)行了詳細(xì)的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，只要將以Nb、P為主的各種元素限制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，就能得到可以采用通常的熱軋退火工藝制造的汽車排氣系統(tǒng)材料用熱軋鐵素體鋼，從而完成了本發(fā)明。
本發(fā)明的第一方案是汽車排氣材料用熱軋鐵素體鋼，其特征是含有必要的合金元素(重量％)Si0.4-2％Cr6-17％P 0.025-0.10％Nb0.35-0.60％雜質(zhì)元素限制在下列范圍內(nèi)C 0.02％以下Mn0.8％以下N 0.015％以下Al0.02％以下Ti0.02％以下Zr0.02％以下并且，鋼的成分(重量％)滿足下面的(1)式和(2)式Nb/(C＋N)≥13 (1)11≤Cr＋3Si＋4Nb－50(C＋N＋P)－Mn－Ni－Co＋Mo＋Cu≤16.5 (2)余量是鐵和不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明的第二方案是汽車排氣材料用熱軋鐵素體鋼，其特征是含有必要的合金元素(重量％)Si0.4-2％Cr6-17％P 0.025-0.10％Nb0.35-0.60％雜質(zhì)元素限制在下列范圍內(nèi)C0.02％以下
Mn0.8以下N 0.015％以下Al0.02％以下Ti0.02％以下Zr0.02％以下此外，還含有下列1種或2種適宜的合金元素Mo0.1-3.0％Cu0.1-1.0％并且，鋼的成分(重量％)滿足下列的(1)式和(2)式Nb/(C＋N)≥13 (1)11≤Cr＋3Si＋4Nb－50(C＋N＋P)－Mn－Ni－Co＋Mo＋Cu≤16.5 (2)余量是鐵和不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明的第三方案是汽車排氣材料用熱軋鐵素體鋼，其特征是含有必要的合金元素(重量％)Si0.4-2％Cr6-17％P 0.025-0.10％Nb0.35-0.60％雜質(zhì)元素限制在下列范圍內(nèi)C 0.02％以下Mn0.8％以下N 0.015％以下Al0.02％以下Ti0.02％以下
Zr0.02％以下此外，還含有下列的1種或2種適宜的合金元素Ni0.1％以下Co0.5％以下并且，鋼的成分(重量％)滿足下列的(1)式和(2)式Nb/(C＋N)≥13 (1)11≤Cr＋3Si＋4Nb－50(C＋N＋P)－Mn－Ni－Co＋Mo＋Cu≤16.5 (2)余量是鐵和不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明的第四種方案是汽車排氣材料用熱軋鐵素體鋼，其特征是含有必要的合金元素(重量％)Si0.4-2％Cr6-17％P 0.025-0.10％Nb0.35-0.60％雜質(zhì)元素限制在下列范圍內(nèi)C 0.02％以下Mn0.8％以下N 0.015％以下Al0.02％以下Ti0.02％以下Zr0.02％以下此外，還含有下列1種或2種適宜的合金元素Mo0.1-3.0％Cu0.1-1.0％以及下列的1種或2種Ni1％以下Co0.5％以下并且，鋼的成分(重量％)滿足下列的(1)式和(2)式Nb/(C＋N)≥13 (1)11≤Cr＋3Si＋4Nb－50(C＋N＋P)－Mn－Ni－Co＋Mo＋Cu≤16.5 (2)余量是鐵和不可避免的雜質(zhì)。
汽車排氣材料所要求的性能主要是(A)加工性，(B)高溫耐力、高溫鹽害特性、抗氧化性，(C)制造性，下面來(lái)說(shuō)明對(duì)于(A)、(B)和(C)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)以及為達(dá)到這些標(biāo)準(zhǔn)的本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思。
判定汽車排氣材料性能的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)(A)對(duì)于汽車排氣材料的加工來(lái)說(shuō)，深沖加工比較少，主要是彎曲、擴(kuò)管等受延伸率支配的加工。從這一點(diǎn)出發(fā)，對(duì)各種汽車排氣材料所要求的機(jī)械性能進(jìn)行了分析和研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在2mm厚的鋼板中，斷裂延伸率是34％以上，由于加工設(shè)備的能力問(wèn)題，屈服應(yīng)力(YS)必須在350MPa以下。在本申請(qǐng)中，是評(píng)價(jià)熱軋板在退火狀態(tài)下的延伸率和YS，不過(guò)，使用未退火熱軋板、制管、然后退火的情況也包括在本發(fā)明之中。另外，在這種情況下，由于消除了制管時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，因此，與用熱軋退火板制管的情況相比，可以得到更高的加工性。
(B)必要的高溫性能按以下所述進(jìn)行評(píng)定目前發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度，最高也就是800℃，但是，今后為了改善燃料消耗、排氣凈化特性以及提高輸出功率，排氣溫度預(yù)計(jì)將會(huì)升高到850℃以上。因此，高溫耐力是在700℃、900℃下、抗氧化性是在大氣中及730℃、830℃、930℃下加熱200小時(shí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
另外，從路面上濺起的水附著在汽車排氣材料上，隨后被加熱到高溫，引起高溫鹽害腐蝕。熱軋退火板和冷軋退火板的表面狀態(tài)是不同的，因此，熱軋板的高溫鹽害特性較差。在本說(shuō)明書中，對(duì)700℃下的高溫鹽害特性的評(píng)價(jià)也包括了SUH409L冷軋退火板。
(C)在制造熱軋退火板時(shí)，如果熱軋完后的韌性不足，在將熱軋板卷曲或開卷時(shí)，特別是在冬季，有時(shí)會(huì)發(fā)生脆性斷裂。發(fā)生這種斷裂時(shí)，不但操作人員有受傷的危險(xiǎn)，而且還會(huì)影響生產(chǎn)。
為了避免這種脆性斷裂，未退火的熱軋板在0℃的夏氏沖擊功必須在50J/cm2以下。
為達(dá)到汽車排氣材料性能評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思。
如果采用通常的熱軋方法—即不問(wèn)是否是低溫下的熱軋，一律按通常工序SRT為1250℃進(jìn)行—來(lái)制造具有高的加工性和高的高溫特性的熱軋退火板，從成本的角度考慮，使用熱軋退火板帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)就會(huì)被減弱。因此，在本發(fā)明中，最重要的問(wèn)題是(1)找到具有足夠的韌性、可以采用通常的熱軋工藝、并具有高的加工性的成分系統(tǒng)，(2)就高溫耐力而言，找到在熱軋退火板狀態(tài)下具有足夠的高溫耐力的成分系統(tǒng)，(3)找到作為汽車排氣材料具有足夠的抗氧化性和高溫鹽害特性的成分系統(tǒng)。
對(duì)于滿足上述(1)—(3)的成分系統(tǒng)進(jìn)行研究的結(jié)果，得出下面所述的見解，從而完成了本發(fā)明。
(1)在通常的熱軋中，即在SRT為1250℃的情況下，熱軋至2mm厚時(shí)，要想在熱軋退火后獲得必要的加工性，如

圖1所示，Nb/(C＋N)必須在13以上。其原因尚不十分清楚，據(jù)認(rèn)為這是由于，在高溫下析出的Nb的細(xì)小析出物使得回復(fù)再結(jié)晶行為推遲，在熱軋過(guò)程中，材料中附加了充分的應(yīng)變。需要注意的是，如圖1中所示，固定C、N的其它元素—Ti、Zr和Al對(duì)于提高加工性完全沒(méi)有貢獻(xiàn)。一般地說(shuō)，添加Ti、Zr、Al的目的是提高冷軋退火板的加工性，但是，如圖1所示，在熱軋退火板中顯示出與以往的見解完全不同的行為。在圖1中，括弧內(nèi)所示為熱軋板厚為5mm的情況下進(jìn)行冷軋退火的2mm冷軋退火板的延伸率。與以往的見解同樣，冷軋退火板的延伸率，隨著Nb/(C＋N)、Ti/(C＋N)、Zr/(C＋N)，Al/(C＋N)的增高而提高。另外，表1中示出在添加Nb的鋼中復(fù)合添加Ti、Zr、Al的熱軋退火板的加工性。與單獨(dú)添加Nb的鋼相比，上述的鋼無(wú)論哪一種其加工性都降低了。因此，提高熱軋退火板的加工性，不能按以往的關(guān)于冷軋退火板的見解來(lái)進(jìn)行，只有單獨(dú)添加Nb的鋼才能達(dá)到提高熱軋退火板的加工性的目的。圖3是Nb/(C＋N)＝20.9的鋼(鋼A(a))和現(xiàn)有的鋼SUH409L(b)的熱軋退火板的軋制方向的顯微組織的照片。由圖3可以看出，鋼A的晶粒明顯地十分均勻。
表2中示出不同Nb含量的鋼的未退火熱軋板的0℃的夏氏沖擊功的情況。可以看出，Nb的絕對(duì)量超過(guò)0.6％時(shí)，急劇脆化，而且加工性也惡化。
下面說(shuō)明對(duì)于本發(fā)明來(lái)說(shuō)十分重要的P含量的作用。以往，P被當(dāng)作是不可避免的雜質(zhì)，近年來(lái)也出現(xiàn)了P含量減低至0.02％以下的鋼。但是，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，含P量過(guò)低會(huì)使熱軋退火板的加工性惡化，也就是說(shuō)，適量的P可以提高熱軋退火板的加工性。這意味著，可以簡(jiǎn)化脫P(yáng)工序，從而降低成本。表3中示出不同P含量的鋼的延伸率和韌性的測(cè)定結(jié)果?？梢钥闯觯琍含量超過(guò)JIS G4304標(biāo)準(zhǔn)而達(dá)到0.042％、0.058％時(shí)，加工性能非但沒(méi)有惡化，而且所顯示出的韌性比JIS中規(guī)定的P含量0.026％、0.036％(鋼H、B)還要好，另外，YS基本上沒(méi)有變化。
P的這種效果，其原理目前還不十分清楚，據(jù)推測(cè)是由于下述的緣故，即，從本質(zhì)上說(shuō)P是間隙式元素，對(duì)加工性、韌性有不良影響，但是，在熱軋時(shí)材料的回復(fù)、再結(jié)晶行為對(duì)熱軋退火板的性能影響很大。在本發(fā)明的鋼中，P使得熱軋時(shí)的回復(fù)、再結(jié)晶行為推遲而打破了P本來(lái)的間隙元素的不良影響，熱軋時(shí)充分地引入應(yīng)變，其退火組織呈現(xiàn)均勻的再結(jié)晶組織。但這僅僅是一種推測(cè)，還沒(méi)有從金屬學(xué)的理論上得到證實(shí)。
表4中示出各種成分系統(tǒng)的鐵素體鋼的熱軋退火板的延伸率和焊接部位的加工性。
加工性參數(shù)Pa＝Cr＋3Si＋4Nb－50(C＋N＋P)－Mn－Ni－Co＋Mo＋Cu超過(guò)16.5時(shí)，所有的鋼斷裂延伸率均不到34％，加工性惡劣，在熱軋退火狀態(tài)下不能經(jīng)受汽車排氣材料用途的加工。另一方面，該參數(shù)Pa低于11時(shí)，焊接部位的加工性惡化。焊接部位的加工性評(píng)價(jià)是按下面所述進(jìn)行，即在焊接速度600mm/分、焊接電流200A、一側(cè)表面用Ar以15L/分隔離的條件下，如圖5(a)中所示，將圖中所示形狀的試樣進(jìn)行TIG對(duì)接焊，將表4中所示的試樣按圖5(b)所示彎曲180度，以是否產(chǎn)生裂紋作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
圖2中示出Cr含量對(duì)熱軋退火板的加工性的影響。添加Ti、Zr、Al的鋼和添加Nb的鋼，隨著Cr含量的降低，延伸率都提高了，但添加Ti、Zr、Al的鋼，Cr含量減低到10％左右時(shí)，延伸率是30％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到34％的指標(biāo)，反之，添加Nb的鋼，只要Cr含量在17％以下，就可以達(dá)到34％的延伸率指標(biāo)。
另外，表5中示出N、Nb對(duì)于焊接部位的凝固裂紋的影響。由表5看出，N在0.015％以下且Nb在0.6％以下時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生凝固裂紋。
(2)熱軋退火板的高溫耐力測(cè)定結(jié)果示于表6中。與添加Ti、Zr、Al的鋼和目前使用的鋼SUH409L相比，本發(fā)明的鋼—即添加Nb的鋼的700℃高溫耐力要高2倍以上，另外，900℃的高溫耐力也優(yōu)于前者將近2倍。
(3)表7中示出熱軋退火板的抗氧化性測(cè)定結(jié)果。將各成分的鋼在大氣中及730℃、830℃、930℃各溫度下放置200小時(shí)后，觀察它們的表面狀態(tài)，生成以Fe的氧化物為主體的氧化皮凸起的狀態(tài)被判定為異常氧化。
現(xiàn)用鋼SUH409L在830℃、200小時(shí)條件下發(fā)生異常氧化，相比之下，本發(fā)明的鋼有930℃和大氣中加熱200小時(shí)時(shí)，都未發(fā)生異常氧化，可見其抗氧化性非常好。
上述分析和研究結(jié)果表明，通常單獨(dú)添加Nb、添加P、低Cr化及適當(dāng)配以其它成分，可以得到在采用通常的制造方法的熱軋退火狀態(tài)下可以適用于汽車排氣材料用途的、低成本、高加工性的熱軋鐵素鐵鋼。
即，本發(fā)明提供了耐熱性顯著高于現(xiàn)用鋼SUH409L、并且可以采用通常的熱軋工藝制造具有與汽車排氣材料用途的加工相適應(yīng)的高加工性、制造成本顯著低于現(xiàn)用鋼的熱軋鐵素體鋼。下面說(shuō)明本發(fā)明鋼中的各化學(xué)成分含量值的限定理由。
CC使鐵素體相的穩(wěn)定性、加工性和抗氧化性惡化，因此將其上限定為0.02％，低于0.01％更好，最好是在0.006％以下。
SiSi是提高抗氧化性、高溫鹽害特性，使鐵素體相穩(wěn)定化的有效元素，在本發(fā)明中最低不能少于0.4％，表8中示出Si特別提高高溫鹽害特性，最好在0.6％以上。高溫鹽害特性的評(píng)價(jià)方法在實(shí)施例中敘述。另外，Si使室溫的YS上升，Si含量小于1％時(shí)延伸率的惡化較小，但如量超過(guò)1％，延伸率的惡化明顯，特別是超過(guò)2％時(shí)，延伸率的惡化和YS的上升非常大，因此將其含量限定為0.4％以上、2％以下，優(yōu)選的范圍同0.8以上、1.3％以下。
MnMn是對(duì)鐵素體相的穩(wěn)定性、抗氧化性、加工性有害的元素，但只要含量不超過(guò)0.8％，對(duì)于本發(fā)明的用途就不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。為了得到高的加工性，希望是在0.1％以下，最好是0.05％以下。
CrCr是保證抗氧化性所必不可少的元素，Cr含量不列6％時(shí)，無(wú)論怎樣調(diào)整其它元素，都不能確保汽車排氣材料用途所需要的加工性和抗氧化性。另一方面，其含量超過(guò)17％時(shí)，如圖2所示，加工性大為惡化，而且成本增加，因此將其限定為6％以上、17％以下。特別優(yōu)先考慮加工性時(shí)，希望其含量在10％以上、15％以下，最好是10％以上、12％以下。
PP是本發(fā)明中的重要元素之一，以往被當(dāng)作是不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，對(duì)于熱軋退火狀態(tài)下的加工性來(lái)說(shuō)，還是含有一定量的P為好。P含量在0.025％以下時(shí)，由于脫P(yáng)工序使成本大為上升，同時(shí)加工性降低；反之，如果超過(guò)0.10％，雖然制造成本降低了，但加工性大為惡化。因此將其含量限定為0.025％以上、0.10％以下。如表3中所示，從加工性的角度考慮，希望在0.03％以上、0.07％以下，最好是0.04％以上、0.06％以下。
N與C一樣，N的含量低好，特別是含Nb的鋼，N容易引起焊接部位的凝固裂紋，因此其含量必須在0.015％以下，最好是0.010％以下。
AlAl是對(duì)于熱軋退火板的加工性有害的元素，因此其含量應(yīng)盡可能低一些，但是，如果降低到必要程序以下，會(huì)導(dǎo)致成本上升，因此以0.02％為上限，優(yōu)選的是在0.005％以下。
TI基于與Al相同的理由，Ti含量在0.02％以下，優(yōu)選的是在0.005％以下，最好是在0.001％以下。
Zr基于與Al、Ti相同的原因，Zr含量在0.02％以下，優(yōu)選的是在0.005％以下。
NbNb也是本發(fā)明中的重要元素之一。如圖1所示，在熱軋退火板中，為了得到足夠的加工性，必須單獨(dú)添加Nb作為穩(wěn)定化元素，Ti、Zr、Al等其它穩(wěn)定化元素，雖然能提高冷軋退火板的加工性，但對(duì)于熱軋退火板的加工性毫無(wú)作用。另外，如表1所示，在添加Nb的鋼中如果復(fù)合添加Ti、Zr、Al，則單獨(dú)添加Nb所產(chǎn)生的效果將會(huì)被減弱。因此，為了提高熱軋退火板的加工性，應(yīng)盡可能降低Ti、Zr、Al含量，Nb的添加量必須是(C＋N)的13倍以上。同時(shí)，為了提高高溫耐力，應(yīng)添加0.35％以上。另一方面，如表2所示，Nb的添加量如果超過(guò)0.6％，加工性降低，同時(shí)韌性顯著惡化。另外，如表5所示，焊接部位還產(chǎn)生了凝固裂紋。因此將其上限定為0.6％，優(yōu)選的是0.40-0.55％，最好是0.45-0.50％。圖4中示出比較例鋼20的凝固裂紋的一個(gè)例子。
下面的(2)式所示的加工性參數(shù)(Pa)不到11時(shí)，如表4所示，焊接部位是α和α′兩相，該部位的加工性惡化。另一方面，如果加工性參數(shù)超過(guò)16.5，則加工性大為惡化，即使Nb和P含量達(dá)到最優(yōu)化，對(duì)于汽車排氣材料用途來(lái)說(shuō)，熱軋退火板的加工性也是不夠的。因此，加工性參數(shù)(Pa)限定在11以上、16.5以下，優(yōu)選的是13以上、15.5以下。
Pa＝Cr＋3Si＋4Nb－50(C＋N＋P)－Mn－Ni－Co＋Mo＋Cu (2)式中，各元素表示重量％的數(shù)值，對(duì)于Ni、Co、Mo、Cu，可以只考慮添加這些元素的鋼的情況。
下面說(shuō)明選擇性元素的限定理由。
Mo和Cu提高高溫耐力和高溫鹽害特性，因此也可以添加。Mo和Cu合計(jì)0.1％以上時(shí)可以顯示出效果，但這二種元素價(jià)格較高，因此將它們的上限定為Mo3％、Cu1％，優(yōu)選的范圍是Mo0.5-2.5％，Cu0.3-0.6％，最佳范圍是Mo1.0-1.5％，Cu0.4-0.6％。
Ni和CoNi和Co都能提高焊接部位的韌性。表9中示出它們的作用。焊接條件與表4的情況相同。由于Ni和Co是價(jià)格很高的元素，因而將Ni的上限定為1％，Co的上限定為0.5％。由于這2種元素的作用是相同的，因此二者可分別單獨(dú)加入，也可以復(fù)合添加。優(yōu)選的含量是Ni0.5％以下，Co0.2％以下。
實(shí)施例下面通過(guò)實(shí)施例再具體地說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明不受這些實(shí)施例的限制。
用真空熔煉爐熔煉表l-9中所示的各種成分的鋼(本發(fā)明鋼、比較鋼、現(xiàn)用鋼SUH 409L)，澆鑄成30kg的鑄錠。采用熱鍛加工成27mm厚，然后以1250℃的鋼坯加熱溫度(SRT)熱軋成2mm厚，調(diào)查下列的各種特性。
夏氏沖擊性能，采用帶有與軋制方向垂直的切口的試樣，在0℃下測(cè)試。
使用經(jīng)過(guò)退火、晶粒直徑大致一定的材料，測(cè)試室溫下軋制方向的延伸率、YS以及700℃、900℃的高溫耐力，其中，含Nb的鋼是在980℃退火，不含Nb的鋼是在930℃退火。高溫耐力是在應(yīng)變速度為0.3％/分的條件下測(cè)定。
抗氧化性，是在大氣中及730℃、830℃、930℃的溫度下進(jìn)行200小時(shí)氧化試驗(yàn)后，測(cè)定重量的變化。
高溫鹽害特性，是使用2mm×2mm×30mm的試樣，在飽和食鹽水中浸漬5分鐘，然后在700℃加熱2小時(shí)，空冷5分鐘，以此為一個(gè)試驗(yàn)周期，用10個(gè)周期后的最大侵蝕深度進(jìn)行評(píng)價(jià)。
焊接性試驗(yàn)，是使用該熱軋退火板進(jìn)行TIG焊接，調(diào)查有沒(méi)有凝固裂紋、TIG焊接部位的彎曲特性和夏氏沖擊性能。
如表1-9所示，本發(fā)明的鋼全都獲得了下列汽車排氣材料用途所必需的性能(1)未退火熱軋板的0℃夏氏沖擊功 50J/cm2以上(2)熱軋退火板的延伸率、YS 34％以上、350MPa以下(3)熱軋退火板的TIG焊接性能無(wú)凝固裂紋可彎曲180度(4)熱軋退火板的700℃高溫耐力 是SUH409L的2倍以上熱軋退火板的900℃高溫耐力 是SUH409L的2倍左右
(5)熱軋退火板的930℃、200小時(shí)后的抗氧化性 無(wú)異常氧化(現(xiàn)用鋼SUH409L的冷軋退火板的抗氧化性是，在830℃、200小時(shí)后發(fā)生異常氧化。)(6)700℃的高溫鹽害特性 顯著優(yōu)于SUH409L表1-9中所示的比較鋼的成分全在本發(fā)明的范圍之外，不能滿足上述(1)—(6)中1種以上的性能要求，因此難以在熱軋退火狀態(tài)下用于汽車排氣材料用途。
如上所述，按照本發(fā)明，即使采用通常的熱軋工藝，也能得到兼有高加工性、高耐熱性、良好的制造性的汽車排氣材料用的低成本的熱軋材料。將該熱軋材料用于汽車排氣材料，可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能、節(jié)約石油資源、保護(hù)大氣環(huán)境，在工業(yè)上帶來(lái)極其有益的效果。
本發(fā)明是將熱軋板再結(jié)晶退火后供汽車排氣材料使用，由熱軋板加工成管的情況下，再結(jié)晶退火工序可以在管加工之前，也可以在管加工之后。
另外，本發(fā)明中對(duì)高溫性能的評(píng)價(jià)是在700—930℃進(jìn)行的，但本發(fā)明不限于暴露于該溫度下的部件。例如，象消音器這樣最高只被加熱到500℃的汽車排氣材料部件，本發(fā)明的鋼也可以適用。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明圖1是表示Nb/(C＋N)、Zr/(C＋N)、Al/(C＋N)對(duì)熱軋退火板或冷軋退火板的延伸率的影響的曲線圖。
圖2是表示Cr對(duì)熱軋退火板的延伸率的影響的曲線圖。
圖3是表示熱軋退火后的軋制方向的金屬組織的照片。
圖4是表示TIG焊接部位凝固裂紋的一個(gè)例子的金屬組織的照片。
圖5是說(shuō)明用于評(píng)價(jià)表4的焊接加工性的TIG焊接條件及180度彎曲的試驗(yàn)條件的斜視圖。
表1Ti、zr和Al復(fù)合添加對(duì)加Nb鋼熱軋退火板的延伸率的影響
(*表示權(quán)利要求的范圍外)(1)Nb/(C＋N)(2)Cr＋3Si＋4Nb－50(C＋N＋P)－Mn－Ni－Co＋Mo＋Cu
表2Nb對(duì)未退火熱軋極的韌性的退火熱軋板的延伸率和YS的影響
(*表示權(quán)利要求范圍以外)(1)Nb/(C＋N)(2)Cr＋3Si＋4Nb－50(C＋N＋P)－Mn－Ni－Co＋Mo＋Cu
表3P對(duì)未退火熱軋板的韌性和熱軋退火板的延伸率和YS的影響
(*表示在權(quán)利要求范圍以外)(1)Nb/(C＋N)(2)Cr＋3Si＋4Nb－50(C＋N＋P)－Mn－Ni－Co＋Mo＋Cu
表4加工性參數(shù)(Pa)與熱軋退火板的延伸率和焊接部位加工性的關(guān)系
(#表示權(quán)利要求的范圍以外)(*1焊接條件···V＝600mm/min(*2)○···無(wú)裂紋(*3)α 鐵素體粗轍(TIG)I＝200A ×···有裂紋α*馬氏體粗轍一面用Ar隔絕151/mm(1)Nb/(C＋N)(2)PaCr＋3Si＋4Nb－50(C＋N＋P)－Mn－Nl－Co＋Mo＋Cu
表5 N和Nb對(duì)TIG焊接部位的凝固裂紋的影響<
(*表示權(quán)利要求的范圍以外)(1)Nb/(C＋N)(2)Cr＋3Si＋4Nb－50(C＋N＋P)－Mn－Nl－Co＋Mo＋Cu
表6本發(fā)明鋼和比較鋼的熱軋退火板的高溫耐力
(*表示在權(quán)利要求范圍以外)(1)Nb/(C＋N)(2)Cr＋3Si＋4Nb－50(C＋N＋P)－Mn－Ni－Co＋Mo＋Cu
表7本發(fā)明鋼熱軋退火板及現(xiàn)用鋼冷軋退火板(SUH409L)的抗氧化
(*表示在權(quán)利要求的范圍以外) 200小時(shí)后的外觀○···無(wú)異常氧化×···異常氧化(1)Nb/(C＋N)(2)Cr＋3Si＋4Nb－50(C＋N＋P)－Mn－Nl－Co＋Mo＋Cu
表8Si對(duì)高溫鹽害特性的影向
(*表示在權(quán)利要求的范圍以外， (**)c冷軋退火板H熱軋退火板(1)Nb/(C＋N)(2)Cr＋3Si＋4Nb－50(C＋N＋P)－Mn－Ni－Co＋Mo＋Cu
表9Ni、Co、Mo、Cu對(duì)TIG焊接部位的韌性的影響(本發(fā)明鋼
1)Nb/(C＋N)(2)Cr＋3Si＋4Nb－50(C＋N＋P-)－Mn－Ni－Co＋Mo＋Cu
權(quán)利要求
1.汽車排氣材料用熱軋鐵素體鋼，其特征在于含有必要的合金元素(重量％)Si 0.4-2％，Cr 6-17％，P 0.025-0.10％，Nb 0.35-0.60％，雜質(zhì)元素限制在下列范圍內(nèi)(重量％)C 0.02％以下，Mn0.8％以下，N 0.015％以下，Al 0.02％以下，Ti 0.02％以下，Zr0.02％以下，并且，鋼的成分(重量％)滿足下列(1)式和(2)式Nb/(C＋N)≥13 (1)11≤Cr＋3Si＋4Nb-50(C＋N＋P)－Mn－Ni－Co＋Mo＋Cu≤16.5 (2)余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.汽車排氣材料用熱軋鐵素體鋼，其特征在于含有必要的合金元素(重量％)Si 0.4-2％，Cr 6-17％，P 0.025-0.10％，Nb0.35-0.60％，雜質(zhì)元素限制在下列范圍內(nèi)(重量％)C 0.02％以下，Mn 0.8％以下，N 0.015％以下，Al 0.02％以下，Ti 0.02％以下，Zr 0.02％以下，還含有下列1種或2種適宜的合金元素(重量％)Mo0.1-3.0％，Cu 0.1-1.0％，并且，鋼的成分(重量％)滿足下列(1)式和(2)式Nb/(C＋N)≥13 (1)11≤Cr＋3Si＋4Nb－50(C＋N＋P)－Mn－Ni－Co＋Mo＋Cu≤16.5 (2)余量為Fe和不避免的雜質(zhì)。
3.汽車排氣材料用熱軋鐵素體鋼，其特征在于含有必要的合金元素(重量％)Si 0.4-2％，Cr 6-17％，P 0.025-0.10％，Nb0.35-0.60％，雜質(zhì)元素限制在下列范圍內(nèi)(重量％)C 0.02％以下，Mn 0.8％以下，N 0.015％以下，Al 0.02％以下，Ti 0.02％以下，Zr 0.02％以下，還含有下列1種或2種適宜的合金元素(重量％)Ni1％以下，Co 0.5％以下，并且，鋼的成分(重量％)滿足下列(1)式和(2)式Nb/(C＋N)≥13 (1)11≤Cr＋3Si＋4Nb－50(C＋N＋P)－Mn－Ni－Co＋Mo＋Cu≤16.5 (2)余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
4.汽車排氣材料用熱軋鐵素體鋼，其特征在于含有必要的合金元素(重量％)Si 0.4-2％，Cr 6-17％，P 0.025-0.10％，Nb0.35-0.60％，雜質(zhì)元素限制在下列范圍內(nèi)(重量％)C 0.02％以下，Mn 0.8％以下，N 0.015％以下，Al 0.02％以下，Ti 0.02％以下，Zr 0.02％以下，還含有下列1種或2種適宜的合金元素(重量％)Mo0.1-3.0％，Cu 0.1-1.0％，或下列1種或2種適宜的合金元素(重量％)Ni 1％以下，Co 0.5％以下，并且，鋼的成分(重量％)滿足下列(1)式或(2)式Nb/(C＋N)≥13 (1)11≤Cr＋3Si＋4Nb－50(C＋N＋P)－Mn－Ni－Co＋Mo＋Cu≤16.5 (2)
5.權(quán)利要求1、2、3、4中任一項(xiàng)所述的汽車排氣歧管用的熱軋鐵素體鋼。
6.權(quán)利要求1、2、3、4中任一項(xiàng)所述的汽車廢氣管用的熱軋鐵素體鋼。
全文摘要
汽車排氣材料用熱軋鐵素體鋼，其中含有必要的合金元素(重量％)Si0.4-2％，Cr6-17％，P0.025-0.10％，Nb0.35-0.60％，雜質(zhì)元素限制在下列范圍內(nèi)(重量％)C0.02％以下，Mn0.8％以下，N0.015％以下，Al0.02％以下，Ti0.02％以下，Zr0.02％以下，并且，鋼的成分(重量％)滿足下列(1)式和(2)式Nb/(C+N)≥13 (1)11≤Cr+3Si+4Nb-50(C+N+P)-Mn-Ni-Co+Mo+Cu≤16.5(2)余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
文檔編號(hào)C22C38/26GK1119218SQ9510512
公開日1996年3月27日 申請(qǐng)日期1995年4月21日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月21日
發(fā)明者宮崎淳, 橫田毅, 富房夫 申請(qǐng)人:川崎制鐵株式會(huì)社