JP3950313B2

JP3950313B2 - Stainless steel wire and fiber

Info

Publication number: JP3950313B2
Application number: JP2001309177A
Authority: JP
Inventors: 断松本; 照幸村井
Original assignee: Sumitomo SEI Steel Wire Corp
Current assignee: Sumitomo SEI Steel Wire Corp
Priority date: 2001-10-04
Filing date: 2001-10-04
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2021-10-04
Also published as: JP2003113447A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用排気系部品等の耐熱用途に使用される高Al含有フェライト系ステンレス鋼線及び繊維に関するものである。特に、エンジン振動を後側の排気管に伝わることを遮断するために用いられるフレキシブルチューブ内のインナーブレーダ用材やマフラー内の吸音材としての使用に最適なステンレス鋼線及び繊維に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フレキシブルチューブ内のインナーブレーダやマフラー内の吸音材等の自動車用排気系部品における耐熱線材及び繊維材は、排気ガスにより700〜800℃の高温環境に曝される。また、近年では地球温暖化防止や公害防止の面から自動車に対する排気ガス規制が厳しくなっており、これらの部材が使用される温度は900℃近くにまでなってきつつある。
【０００３】
このような過酷な条件下でも使用できる材料としてはニッケルを主成分とした超耐熱合金や高ニッケル耐熱鋼がある。しかし、これらの材料は非常に高価であり実用的ではない。
【０００４】
一方、比較的安価な材料としては、特開平10-53842号公報に開示されている高Al含有フェライト系ステンレス鋼線及び繊維がある。この発明ではMo、Al及びSiの添加量を最適化することで経済性と耐熱性を兼備している。
【０００５】
これらのステンレス鋼線及び繊維は、通常1mm以下の直径にまで冷間伸線加工するか、通常5mm以下の直径の線に冷間伸線加工した後にさらに繊維状の形態に加工して使用している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平10-53842号公報に開示されている高Al含有フェライト系ステンレス鋼線及び繊維は、冷間伸線加工性が希土類元素やイットリウムの添加材料あるいはCr、Al、Siを多量添加した材料よりはよいものの、工業的には良くないといった問題がある。
【０００７】
従って、本発明の主目的は、高温耐酸化性を低下させることなく、冷間伸線加工性を改善することができる高Al含有フェライト系ステンレス鋼線及び繊維を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上のことを鑑みて発明者らは鋭意工夫・研究に努めた結果、Mo、Al及びSiの添加量を最適化した高Al合有フェライト系ステンレス鋼中に不純物として存在するNb、Tiの量を抑制することによって、高温耐酸化性を低下させずに冷間伸線加工性を改善できるとの知見を得た。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。
【０００９】
すなわち、本発明ステンレス鋼線及び繊維は、質量％にて、C：0.10％以下、Si：0.3〜1.5％、Mn：1.0％以下、Cr：17.0〜26.0％、Ni：0.60％以下、Al：2.0〜6.0％、Mo：0.5〜1.5％、Ti：0.05％以下、Nb：0.05％以下を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなることを特徴とする。
【００１０】
ここで、化学成分は、質量％にて、C：0.08％以下、Si：0.3〜1.0％、Mn：1.0％以下、Cr：18.0〜21.0％、Ni：0.60％以下、Al：3.0〜4.0％、Mo：0.7〜1.3％、Ti：0.05％以下、Nb：0.05％以下で、残部がFe及び不可避的不純物とすることがより好ましい。この限定により、ステンレス鋼線及び繊維の成形性をより一層向上することができる。
【００１１】
次に、本発明における鋼組成の限定理由を説明する。
＜C：0.10％以下（0.08％以下）＞
Cは多量に含有されると、Cr炭化物を結晶粒界に生成して耐酸化性を低下させるので、その上限を0.10％とした。また、鋼はC量とともに硬くなることから、線及び繊維の成形性向上のため、上限を0.08％とした。
【００１２】
＜Si：0.3〜1.5％（0.3〜1.0％）＞
Siはフェライト系ステンレス鋼の高温での耐酸化性を著しく向上させる元素であり、その効果を得るためには、0.3％以上の添加が必要である。一方、Siが多量に含有されると靭性の低下を招き、冷間伸線加工性の確保のためには、1.5％以下とすることが望ましく、線及び繊維の成形性の確保のためには、1.0％以下とすることが望ましい。
＜Mn：1.0％以下＞
Mnは多量に含有されると、鋼の靭性が低下し、冷間伸線加工性や線及び繊維の成形性を悪化させるので、上限を1.0％とした。
【００１３】
＜Cr：17.0〜26.0％（18.0〜21.0％）＞
Crはステンレス鋼において、耐食性及び耐酸化性を確保する基本的な元素であり、その効果を得るためには17.0％以上必要である。一方、多量に含有されると、σ脆性や475℃脆性に特に敏感となり、靭性低下を招くため26.0％以下とした。また、線及び繊維のより一層の成形性向上と靭性低下抑制のため、好ましい上限は21.0％以下とする。好ましい下限は、成形性向上のためにSi等の耐酸化性を向上させる元素の添加を抑制しているので、これを補うために18.0％以上とした。
【００１４】
＜Ni：0.60％以下＞
Niはフェライト組織の不安定化を招くばかりか、過剰の添加は高温での耐酸化性に悪影響を及ぼす。特に本発明によるステンレス鋼においてはNiの含有量が0.60％を越えると800〜900℃の温度域での耐酸化性が大幅に低下するとの知見から、0.60％以下とした。
【００１５】
＜Al：2.0〜6.0％（3.0〜4.0％）＞
AlはCrと同様に耐食性を向上させる上で重要な元素であり、添加により鋼表面にアルミナが形成され、優れた耐食性が得られる。その効果を得るためには2.0％以上が必要である。しかし、多量に含有すると、靭性を劣化させ、冷間伸線加工性を低下させるので上限を6.0％とした。また、線及び繊維のより好ましい成形性確保のためには上限を4.0％とし、下限はCrと同じ理由にて3.0％とした。
【００１６】
＜Mo：0.5〜1.5％（0.7〜1.3％）＞
MoはAlと同様に耐食性を向上させる上で重要な元素であると同時に、高温強度も向上させる元素である。この効果を得るためには、0.5％以上の添加が必要である。しかし、多量に添加すると鋼の靭性悪化を招くばかりか、原料コストを上昇させるだけであり、上限を1.5％とした。また、線及び繊維の成形性確保のためには上限を1.5とし、下限はCrと同じ理由にて0.7％とした。
【００１７】
＜Ti：0.05％以下＞
TiはNb等と硬質の金属間化合物を形成し、冷間伸線加工時に伸線ダイスの摩耗を促進させてしまうという知見を得た。そのため、上限を0.05％とした。
【００１８】
＜Nb：0.05％以下＞
Nbは上記の如くTi等と硬質の金属間化合物を形成し、冷間伸線加工性を悪化させるとの知見を得たので、その上限を0.05％とした。
【００１９】
次に、本発明ステンレス鋼線・繊維の具体的形態や適用分野について説明する。
【００２０】
本発明鋼線は、直径が通常0.1〜1.0mmφ程度である。また、本発明繊維は、長繊維でも短繊維でも良い。繊維としての径は0.01〜0.5mm程度である。鋼線及び繊維は通常5mm以下の直径の線に冷間伸線加工した後さらに細径に加工される。また、棒状の形態の鋼材を切削加工により繊維とすることもできる。
【００２１】
本発明のステンレス鋼線及び繊維は自動車用排気系部品、特に直接排気ガスが接触する部品に使用できる。具体的には自動車用排気系のエキゾーストマニホールドと排気ガス触媒との間に設けられるフレキシブルチューブのインナーブレーダ用のステンレス鋼線として使用できる。
【００２２】
また、排気ガスが流れる排気通路内に設けられる消音用部品にも使用できる。この消音用部品は本発明のステンレス鋼線及び繊維を集積した繊維集積体とするもので、隣接する繊維間に形成される間隙を音波が通過するときに音波が分散され互いに干渉されて消音される。
【００２３】
さらに、セラミックス等の排気ガス触媒担体を保護・保持するワイヤーメッシュにも使用できる。その他、暖房器具や電熱材料（発熱体）にも最適に使用できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２５】
（実施例1）
図１に示す手順に基づいて鋼線を作製した。表1に示す成分のステンレス鋼を溶製し、直径5.5mmに熱間圧延した後、冷間伸線加工と焼鈍とを繰り返し、直径1.0mmの軟線を作製した。この軟線100kgに更に冷間伸線加工を施して直径0.4mmの線を作製した。この1.0mmから0.4mmの冷間伸線加工の際、直径0.4mmにおける偏径差を伸線開始直後（すなわち伸線量0kg）と伸線終了後（すなわち伸線量100kg）において測定した。その結果を表2に示す。また測定した伸線開始直後と伸線終了後の偏径差の差も合わせて表2に示す。偏径差は線の同一断面における径の最大値と最小値との差である。
【００２６】
【表１】

【００２７】
【表２】

【００２８】
表2より、本発明材のNo.1、2においては偏径差の差が比較材のNo.4〜6より小さく、冷間伸線加工性に優れていることが判る。但し、比較材No.3は本発明材と同等の冷間伸線加工性を示している。
【００２９】
（実施例2）
実施例1にて作製したNo.1〜6の直径0.4mmの線に更に焼鈍を施して、軟線とした（図1参照）。この直径0.4mm軟線を大気中にて800℃で20時間保持後、4時間放冷するというサイクルを10回繰り返して、酸化による質量増加率を求めた。その結果を前記表2に示す。
【００３０】
表2より、本発明材のNo.1、2は質量増加率が比較材No.3より小さく、高温耐酸化性に優れることが判る。比較材No.3は、実施例1では本発明材と同等の冷間伸線加工性を示していたが、質量増加率は最も大きくなっている。
【００３１】
実施例1及び実施例2より、本発明材は比較材より、冷間加工性及び高温耐酸化性に優れることが判る。
【００３２】
（実施例3）
実施例2にて作製したNo.1、2の直径0.4mmの軟線（図1参照）について、編み加工性評価を行った。編み加工性評価は線にプレス加工にて曲げ半径2mmのU字形をそれぞれ30ヶ作り、この30ヶの曲げ半径の標準偏差を求めることで行った。その結果を表3に示す。
【００３３】
【表３】

【００３４】
表3より、成分範囲をC：0.08％以下、Si：0.3〜1.0％、Cr：18.0〜21.0％、Al：3.0〜4.0％、Mo：0.7〜1.3％に特定したNo.1の方が、特定していないNo.2よりも成形性に優れていることが判る。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、Mo、Al及びSiの添加量を最適化した高Al含有フェライト系ステンレス鋼において、鋼中に不純物として存在するNb、Tiの量を抑制することにより、高温耐酸化性を低下させずに冷間伸線加工性を改善できる。
【００３６】
従って、自動車用排気系部品に使用される耐熱ステンレス鋼線及びステンレス鋼繊維に本発明を用いることにより、耐久信頼性の高い排気系部品を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例における鋼線の製造工程を示すフローチャートである。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high Al content ferritic stainless steel wire and fiber used for heat-resistant applications such as automobile exhaust system parts. In particular, the present invention relates to a stainless steel wire and fiber that are optimal for use as an inner brader material in a flexible tube and a sound absorbing material in a muffler used to block transmission of engine vibration to a rear exhaust pipe.
[0002]
[Prior art]
Heat resistant wires and fiber materials in automobile exhaust system parts such as an inner brader in a flexible tube and a sound absorbing material in a muffler are exposed to a high temperature environment of 700 to 800 ° C. by exhaust gas. In recent years, exhaust gas regulations for automobiles have become stricter from the viewpoint of preventing global warming and pollution, and the temperature at which these members are used is becoming close to 900 ° C.
[0003]
Materials that can be used even under such severe conditions include super heat-resistant alloys mainly composed of nickel and high nickel heat-resistant steels. However, these materials are very expensive and impractical.
[0004]
On the other hand, as relatively inexpensive materials, there are high Al content ferritic stainless steel wires and fibers disclosed in JP-A-10-53842. In the present invention, both the economical efficiency and the heat resistance are achieved by optimizing the addition amount of Mo, Al and Si.
[0005]
These stainless steel wires and fibers are usually cold drawn to a diameter of 1 mm or less, or cold drawn to a diameter of 5 mm or less and then further processed into a fibrous form. ing.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the high Al content ferritic stainless steel wire and fiber disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-53842 has a cold drawing workability added with a rare earth element or yttrium additive material or a large amount of Cr, Al, Si. There is a problem that it is better than the material but not industrially.
[0007]
Accordingly, a main object of the present invention is to provide a high Al-containing ferritic stainless steel wire and fiber capable of improving the cold drawing workability without reducing the high temperature oxidation resistance.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In view of the above, the inventors have devised and researched, and as a result, the amount of Nb and Ti present as impurities in the high Al combined ferritic stainless steel with optimized amounts of addition of Mo, Al and Si. It has been found that the cold drawing processability can be improved without reducing the high temperature oxidation resistance by suppressing the above. The present invention has been made based on this finding.
[0009]
That is, the stainless steel wire and fiber of the present invention are, in mass%, C: 0.10% or less, Si: 0.3 to 1.5%, Mn: 1.0% or less, Cr: 17.0 to 26.0%, Ni: 0.60% or less, Al: It contains 2.0 to 6.0%, Mo: 0.5 to 1.5%, Ti: 0.05% or less, Nb: 0.05% or less, and the balance is made of Fe and inevitable impurities.
[0010]
Here, the chemical components are in mass%, C: 0.08% or less, Si: 0.3 to 1.0%, Mn: 1.0% or less, Cr: 18.0 to 21.0%, Ni: 0.60% or less, Al: 3.0 to 4.0% Mo: 0.7 to 1.3%, Ti: 0.05% or less, Nb: 0.05% or less, and the balance is more preferably Fe and inevitable impurities. By this limitation, the moldability of the stainless steel wire and fiber can be further improved.
[0011]
Next, the reason for limiting the steel composition in the present invention will be described.
<C: 0.10% or less (0.08% or less)>
When C is contained in a large amount, Cr carbide is generated at the grain boundary to lower the oxidation resistance, so the upper limit was made 0.10%. Moreover, since steel hardens with the amount of C, the upper limit was made 0.08% in order to improve the formability of wires and fibers.
[0012]
<Si: 0.3-1.5% (0.3-1.0%)>
Si is an element that remarkably improves the oxidation resistance of ferritic stainless steel at high temperatures, and in order to obtain the effect, addition of 0.3% or more is necessary. On the other hand, if Si is contained in a large amount, it leads to a decrease in toughness, and in order to ensure cold drawing workability, it is desirable to make it 1.5% or less. 1.0% or less is desirable.
<Mn: 1.0% or less>
When Mn is contained in a large amount, the toughness of the steel is lowered and the cold drawing processability and the formability of the wire and fiber are deteriorated, so the upper limit was made 1.0%.
[0013]
<Cr: 17.0-26.0% (18.0-21.0%)>
Cr is a basic element for ensuring corrosion resistance and oxidation resistance in stainless steel, and 17.0% or more is necessary to obtain the effect. On the other hand, if it is contained in a large amount, it becomes particularly sensitive to σ brittleness and 475 ° C brittleness, and causes a decrease in toughness. In order to further improve the formability of the wires and fibers and to suppress the decrease in toughness, the preferable upper limit is 21.0% or less. The preferable lower limit is set to 18.0% or more to compensate for the addition of an element that improves oxidation resistance such as Si for improving moldability.
[0014]
<Ni: 0.60% or less>
Ni not only causes destabilization of the ferrite structure, but excessive addition adversely affects oxidation resistance at high temperatures. In particular, in the stainless steel according to the present invention, if the Ni content exceeds 0.60%, the oxidation resistance in the temperature range of 800 to 900 ° C. is significantly reduced.
[0015]
<Al: 2.0-6.0% (3.0-4.0%)>
Al, like Cr, is an important element for improving corrosion resistance, and when added, alumina is formed on the steel surface, and excellent corrosion resistance is obtained. In order to obtain the effect, 2.0% or more is necessary. However, if contained in a large amount, the toughness is deteriorated and the cold drawing workability is lowered, so the upper limit was made 6.0%. Further, in order to secure more preferable formability of the wires and fibers, the upper limit is set to 4.0%, and the lower limit is set to 3.0% for the same reason as Cr.
[0016]
<Mo: 0.5 to 1.5% (0.7 to 1.3%)>
Mo, like Al, is an important element for improving corrosion resistance, and at the same time, an element for improving high-temperature strength. In order to obtain this effect, addition of 0.5% or more is necessary. However, adding a large amount not only deteriorates the toughness of the steel, but also raises the raw material cost, and the upper limit was made 1.5%. In order to secure the formability of the wire and fiber, the upper limit was 1.5, and the lower limit was 0.7% for the same reason as Cr.
[0017]
<Ti: 0.05% or less>
It was found that Ti forms a hard intermetallic compound with Nb, etc., and promotes the wear of the wire drawing die during cold wire drawing. Therefore, the upper limit was made 0.05%.
[0018]
<Nb: 0.05% or less>
Since Nb formed a hard intermetallic compound with Ti and the like as described above and obtained cold wire workability, the upper limit was made 0.05%.
[0019]
Next, specific forms and fields of application of the stainless steel wire / fiber of the present invention will be described.
[0020]
The diameter of the steel wire of the present invention is usually about 0.1 to 1.0 mmφ. The fiber of the present invention may be a long fiber or a short fiber. The diameter as a fiber is about 0.01 to 0.5 mm. Steel wire and fiber are usually processed into a wire having a diameter of 5 mm or less by cold drawing and further processed into a smaller diameter. In addition, a rod-shaped steel material can be made into a fiber by cutting.
[0021]
The stainless steel wire and fiber of the present invention can be used for automobile exhaust system parts, particularly parts that are in direct contact with exhaust gas. Specifically, it can be used as a stainless steel wire for an inner brader of a flexible tube provided between an exhaust manifold of an automobile exhaust system and an exhaust gas catalyst.
[0022]
Moreover, it can also be used for a silencer component provided in an exhaust passage through which exhaust gas flows. This sound deadening component is a fiber aggregate in which the stainless steel wire and fibers of the present invention are accumulated. When sound waves pass through a gap formed between adjacent fibers, the sound waves are dispersed and interfered with each other to be silenced. The
[0023]
Furthermore, it can also be used for a wire mesh that protects and holds an exhaust gas catalyst carrier such as ceramics. In addition, it can be optimally used for heating appliances and electric heating materials (heating elements).
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[0025]
(Example 1)
A steel wire was produced based on the procedure shown in FIG. Stainless steel having the components shown in Table 1 was melted and hot-rolled to a diameter of 5.5 mm, and then cold drawing and annealing were repeated to produce a soft wire having a diameter of 1.0 mm. The soft wire 100 kg was further subjected to cold drawing to produce a 0.4 mm diameter wire. During the cold drawing from 1.0 mm to 0.4 mm, the difference in diameter at a diameter of 0.4 mm was measured immediately after the start of drawing (ie, the drawing dose of 0 kg) and after the drawing was finished (ie, the drawing dose of 100 kg). The results are shown in Table 2. Table 2 also shows the difference in the diameter difference immediately after the start of wire drawing and after the end of wire drawing. The deviation in diameter is the difference between the maximum value and the minimum value of the diameter in the same cross section of the line.
[0026]
[Table 1]

[0027]
[Table 2]

[0028]
From Table 2, it can be seen that in No. 1 and No. 2 of the present invention material, the difference in deviation is smaller than No. 4 to No. 6 of the comparative material and is excellent in cold drawing workability. However, comparative material No. 3 shows the cold drawing workability equivalent to that of the present invention material.
[0029]
(Example 2)
The No. 1-6 wires with a diameter of 0.4 mm produced in Example 1 were further annealed to form soft wires (see FIG. 1). The cycle of holding the 0.4 mm diameter soft wire in the atmosphere at 800 ° C. for 20 hours and then allowing to cool for 4 hours was repeated 10 times to determine the rate of mass increase due to oxidation. The results are shown in Table 2.
[0030]
From Table 2, it can be seen that No. 1 and No. 2 of the present invention material have a mass increase rate smaller than that of Comparative No. 3 and are excellent in high temperature oxidation resistance. In Comparative Example No. 3, the cold drawing workability equivalent to that of the present invention material was shown in Example 1, but the mass increase rate was the largest.
[0031]
From Example 1 and Example 2, it can be seen that the material of the present invention is more excellent in cold workability and high temperature oxidation resistance than the comparative material.
[0032]
(Example 3)
The No. 1 and 2 soft wires having a diameter of 0.4 mm (see FIG. 1) produced in Example 2 were evaluated for knitting workability. Evaluation of knitting workability was performed by making 30 U-shapes with a bending radius of 2 mm on each line by pressing and calculating the standard deviation of these 30 bending radii. The results are shown in Table 3.
[0033]
[Table 3]

[0034]
From Table 3, the No.1 that specified the component range as C: 0.08% or less, Si: 0.3-1.0%, Cr: 18.0-21.0%, Al: 3.0-4.0%, Mo: 0.7-1.3%, It can be seen that the moldability is better than No. 2 which is not specified.
[0035]
【The invention's effect】
As explained above, high Al content ferritic stainless steel with optimized amounts of addition of Mo, Al, and Si suppresses the amount of Nb and Ti present as impurities in the steel, thereby improving the high temperature oxidation resistance. Cold drawing workability can be improved without lowering.
[0036]
Therefore, by using the present invention for heat-resistant stainless steel wires and stainless steel fibers used for automobile exhaust system parts, exhaust system parts having high durability and reliability can be easily manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing a manufacturing process of a steel wire in an embodiment.

Claims

In mass%, C: 0.10% or less, Si: 0.3 to 1.5%, Mn: 1.0% or less, Cr: 17.0 to 26.0%, Ni: 0.60% or less, Al: 2.0 to 6.0%, Mo: 0.5 to 1.5% , Ti: 0.05% or less, Nb: 0.05% or less, the balance being made of Fe and inevitable impurities, stainless steel wire and fiber.

2. In mass%, C: 0.08% or less, Si: 0.3-1.0%, Cr: 18.0-21.0%, Al: 3.0-4.0%, Mo: 0.7-1.3% Stainless steel wire & fiber.

3. The stainless steel wire according to claim 1, wherein the stainless steel wire is used for an inner brader in a flexible tube of an exhaust system part for an automobile.

3. The stainless steel wire and fiber according to claim 1, wherein the stainless steel wire and fiber are used as a sound absorbing material in a muffler of an exhaust system part for an automobile.

3. The stainless steel wire and fiber according to claim 1, wherein the stainless steel wire and fiber are used as a wire mesh material for protecting and holding a catalyst carrier of an automobile exhaust system part.

5. The stainless steel fiber according to claim 4, which is a metal fiber produced by cutting.