JP2004225075A

JP2004225075A - 耐食性に優れたステンレス燃料タンクあるいは燃料パイプ

Info

Publication number: JP2004225075A
Application number: JP2003011702A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Sakamoto; 俊治坂本; Shinichi Teraoka; 慎一寺岡; Naoto Ono; 直人小野; Hiroshige Inoue; 裕滋井上; Ken Kimura; 謙木村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2003-01-20
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】高度なプレス成形性と、不可避的に存在する溶接隙間構造部での外面塩害耐食性の両者を満足させた燃料タンクあるいは燃料パイプを提供する。
【解決手段】体積％でフェライトを５％以上４０％以下の範囲で含有したオーステナイト主体の組織からなるステンレス鋼を素材として成形されたことを特徴とする耐食性に優れたステンレス燃料タンクあるいは燃料パイプ。前記ステンレス鋼は、質量％でＣｒ：１５〜２５％、Ｎｉ：１〜８％を含有し、あるいはさらに加えて、Ｃｕ：０．１〜３．０％、Ｍｏ：０．１〜３．０％の１種または２種を含有してなるもので、引張試験による全伸びが３０％以上である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用の燃料系部品に関し、特に外面の塩害環境下耐食性に優れた燃料タンクあるいは燃料パイプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
昨今の環境保護ニーズやライフサイクルコスト低減のニーズは自動車の構成部材である燃料タンクにも波及している。
自動車用燃料タンクとして、永くＰｂ−Ｓｎめっき鋼板を素材とし塗装を施したものが実用に供されてきているが、昨今の環境保護のニーズから脱鉛化の素材開発がなされてきている。また、塗装自体の環境負荷を重視し、従来のめっき鋼板において必要不可欠表とされてきた塗装を省略しようとするニーズが生じてきている。このような背景には、米国カリフォルニア州で規定されるＬＥＶ−ＩＩ規制あるいはＰＺＥＶ規制があり、燃料タンクとして１５年間もしくは１５万マイル走行の間のタンク寿命の保証が義務付けられることにある。これを満たすためのタンク開発は、前記の塗装前提のめっき鋼材、樹脂、無塗装前提のステンレス鋼の３素材を中心として開発が進められている。
【０００３】
この中で、従来の鉄系素材を使ったタンクの最重要問題は塩害耐食性であり、既存Ｐｂ−Ｓｎめっき鋼鈑製では厚膜重塗装を施さない限り適用できず、耐食性問題のない樹脂製タンクが着目されている。一方、樹脂製ではリサイクル問題や燃料透過遮断性に難点があり、これら問題点がより重視される将来を想定して、環境負荷特性に優れた金属材料製が求められている。
【０００４】
金属材料としては、廉価な鉄鋼が有用であるが、従来のめっき鋼鈑ではタンク外面の塩害耐食性に加えてアルコールなどを含有する燃料に対するタンク内面の耐食性に難点がある。このため、少なくとも内面耐食性に関しては問題のないステンレス鋼が着目される。
【０００５】
ステンレス鋼としては４３０鋼に代表されるフェライト系、３０４鋼に代表されるオーステナイト系の鋼種が知られているが、これら既存鋼種では燃料タンクに要求される高度なプレス成形性と、タンクとして不可避的に存在する溶接隙間構造部での外面塩害耐食性の両者を満足させることが困難である。すなわち、オーステナイト系鋼はプレス成形性に優れるが、強加工部や溶接部の引張残留応力が作用する部位において応力腐食割れ（ＳＣＣ）が生じるという問題がある。一方、フェライト系鋼は、オーステナイト系鋼より成形性に劣るものの鋼成分を適正範囲に制御することにより成形性問題は克服できる。しかし、溶接隙間構造部において隙間腐食が発生するため、当該部に軽塗装を施す必要があり、必ずしも満足できる形態となっていない。これらの加工性および塩害耐食性の問題は、合金組成や金属組織に由来するものであり、各種改良が試みられているが、最適解が提示されていないのが現状である。
【０００６】
したがって、タンクへのプレス加工が可能となる高度な延性を持ち合わせ、なおかつ溶接隙間構造部で優れた耐食性を確保し、塗装や防食処理を省略ないし簡略化できる、ステンレス鋼素材からなる燃料タンクの開発が待望されていた。
前述のタンクに関する技術背景、従来技術と同様のことが、燃料パイプにも当てはまる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の問題を克服する技術を提供することを目的とするものであり、ステンレス鋼製燃料タンクあるいは燃料パイプへの加工が可能で、かつ溶接部や隙間部等における隙間腐食やＳＣＣといった局部腐食の問題を克服する手段を提示することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、種々のフェライト系あるいはオーステナイト系のステンレス鋼板を素材として、燃料タンクのシーム溶接部分を模擬した腐食試験片を作製し、溶接部あるいは隙間部の腐食特性を評価してきた。その結果、試験環境が苛酷な場合には、ＳＵＳ４３０鋼やＳＵＳ３０４鋼といった市販の汎用ステンレス鋼は、短期間で孔食や隙間腐食あるいはＳＣＣといった局部腐食が生じることを知見した。さらに、合金元素含有量を変化させた鋼種についても供試したが、フェライトあるいはオーステナイト単相のステンレス鋼では、隙間腐食やＳＣＣに対する抵抗性を大幅に改善しようとすると、かなりの高合金成分系となり、必然的にコスト高となる他、加工性が害されて実用的でないことが判明した。
【０００９】
そこで、本発明者らは、合金成分のみならず金属組織の観点から塩害耐食性を見直した。その結果、オーステナイトの母相に適量のフェライト相を導入することによって、オーステナイト系鋼の弱点であるＳＣＣ問題を克服できることを知見した。オーステナイト・フェライトの２相組織にすることによって、一般には強度が増大して延性は低下するが、この問題を回避する最適フェライト量を決定することに成功した。また、フェライト単相鋼において問題となる隙間腐食問題も、２相組織を許容する前提で含有させるＮｉやＣｕといった合金元素の腐食抑制効果によって解消できることを明らかにした。
【００１０】
本発明は前記知見に基づいて構成したものであり、その要旨は以下の通りである。
（１）体積％でフェライトを５％以上４０％以下の範囲で含有したオーステナイト主体の組織からなるステンレス鋼を素材として成形されたことを特徴とする耐食性に優れたステンレス燃料タンクあるいは燃料パイプ。
（２）質量％でＣｒ：１５〜２５％、Ｎｉ：１〜８％を含有し、体積％でフェライトを５％以上４０％以下の範囲で含有したオーステナイト主体の組織からなるステンレス鋼を素材として成形されたことを特徴とする耐食性に優れたステンレス燃料タンクあるいは燃料パイプ。
（３）質量％でＣｒ：１５〜２５％、Ｎｉ：１〜８％に加えて、Ｃｕ：０．１〜３．０％、Ｍｏ：０．１〜３．０％の１種または２種以上を含有し、体積％でフェライトを５％以上４０％以下の範囲で含有したオーステナイト主体の組織からなるステンレス鋼を素材として成形されたことを特徴とする耐食性に優れたステンレス燃料タンクあるいは燃料パイプ。
（４）引張試験による全伸びが３０％以上である前記（１）から（３）のいずれか１項に記載のステンレス鋼素材から成形されたことを特徴とする耐食性に優れたステンレス燃料タンクあるいは燃料パイプ。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
先ず、本発明における燃料タンク用素材としては、体積％でフェライト相を５％以上４０％以下の範囲で含有したオーステナイト主体の組織からなるステンレス鋼とする。オーステナイト母相単独ではＳＣＣが生じてしまうため、ＳＣＣ感受性を有さないフェライト相を導入した組織とする。このために必要となるフェライト量としては５％が下限であり、望ましくは１５％以上が適正である。しかし、フェライト量の増大に伴って、強度が増大して延性が低下する。燃料タンクのプレス加工、あるいは燃料パイプへの拡管や曲げなどの加工に必要となる延性は、引張試験による全伸びを指標とすれば、少なくとも３０％以上の値が必要であり、この制約から導入すべきフェライト量としては４０％を上限とする。
【００１２】
次に、前記組織の鋼素材における合金組成としては、少なくともＣｒ：１５〜２５％、Ｎｉ：１〜８％を含有するものとする。Ｃｒは素材の耐食性を支配する主要元素であり、１５％を下回ると耐食性が不十分となる。一方、Ｃｒはフェライト形成元素であると共に固溶強化元素であり２５％を超えて含有させると素材の延性が劣化して十分な加工性が得られなくなる。このため、素材のＣｒ含有量は１５〜２５％に限定する。Ｎｉはオーステナイト安定化元素であるため、相バランスを調整するのに有用である。また、隙間腐食抵抗性を改善する効果も有しており、１％以上を含有させる。しかし、Ｎｉは高価な元素であるため、多く含有させるのは得策ではなく８％を上限とする。
【００１３】
Ｃｒ，Ｎｉ以外の合金元素として、ＳＣＣや隙間腐食に対する抵抗性を改善する作用を有するＭｏ，Ｃｕを０．１％を下限として含有させても良い。両元素とも固溶強化作用を有するため、３％を上限とする。
【００１４】
この他のＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，Ａｌ，Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ，Ｎなどの合金元素については、公知の技術に従って適宜含有させて良い。ただし、これらの元素を含有させる場合でも、フェライト量としては前記範囲を満たし、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｍｏの合金含有量、引張試験による全伸びの値も前記範囲を満足することを必要条件とする。
【００１５】
【実施例】
実施例に基づいて、本発明をより詳細に説明する。
表１に示す組成の鋼を溶製し、熱間圧延、冷間圧延、熱処理、酸洗を施して板厚０．８ｍｍの鋼板を作製し、この鋼鈑から、燃料タンクのフランジ部を模擬して図１に示す寸法形状のシーム溶接試験片を作製して腐食試験に供した。なお、素材鋼鈑の延性は鋼板長さ方向が引張方向になるように採取した試験片を用いた引張試験によって測定し、表１に併記した。
【００１６】
腐食試験としては、タンク外面の塩害環境を想定し、ＪＡＳＯモードの複合サイクル試験（５％ＮａＣｌ溶液噴霧，３５℃，２時間→強制乾燥，６０℃，４時間→湿潤９０％ＲＨ，５０℃，２時間）を２００サイクルにわたって実施した。
試験終了後、溶接部および隙間内部の局部腐食の程度を評価した。腐食深さは光学顕微鏡の焦点深度法で測定し、ＳＣＣは試験片裏面に到達したＳＣＣの有無を評価した。ＳＣＣが板厚貫通せず腐食深さの元板厚に対する割合が５０％以下であれば、良好と評価し、板厚貫通ＳＣＣが存在するか腐食深さが元板厚の５０％を超える場合には実用的でないと評価した。
【００１７】
試験結果を表２に示す。Ｎｏ．１〜５の本発明では、良好な耐食性が得られて、延性も十分である。一方、比較例Ｎｏ．１０３，１０４は、フェライト単相の鋼であり、激しい隙間腐食が生じるため実用的でない。また、比較例Ｎｏ．１０５はオーステナイト単相の鋼であり、激しいＳＣＣが生じる。比較例Ｎｏ．１０１，１０２は、フェライト・オーステナイト２相組織の鋼であるが、フェライト量が本発明の範囲を超えているため耐食性は満足すべき結果となったが、延性が不十分であるため実用的でない。
【００１８】
【表１】

【００１９】
【表２】

【００２０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によって、溶接部や隙間部の局部腐食問題を回避でき、耐食性に優れた燃料タンクあるいは燃料パイプが得られるので、産業上の効果は大きい。
なお、本発明の思想は燃料タンクの個別部品のみに限定されるものではなく、外面塩害環境に曝される燃料パイプなどの自動車用部材において、規定の必要条件を満たすステンレス鋼が適用される全ての部材および部品に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料タンクのフランジ部分を模擬した腐食試験片の形状寸法を示す。

Claims

体積％でフェライトを５％以上４０％以下の範囲で含有したオーステナイト主体の組織からなるステンレス鋼を素材として成形されたことを特徴とする耐食性に優れたステンレス燃料タンクあるいは燃料パイプ。
質量％でＣｒ：１５〜２５％、Ｎｉ：１〜８％を含有し、体積％でフェライトを５％以上４０％以下の範囲で含有したオーステナイト主体の組織からなるステンレス鋼を素材として成形されたことを特徴とする耐食性に優れたステンレス燃料タンクあるいは燃料パイプ。
質量％でＣｒ：１５〜２５％、Ｎｉ：１〜８％に加えて、Ｃｕ：０．１〜３．０％、Ｍｏ：０．１〜３．０％の１種または２種を含有し、体積％でフェライトを５％以上４０％以下の範囲で含有したオーステナイト主体の組織からなるステンレス鋼を素材として成形されたことを特徴とする耐食性に優れたステンレス燃料タンクあるいは燃料パイプ。
引張試験による全伸びが３０％以上である請求項１から３のいずれか１項に記載のステンレス鋼素材から成形されたことを特徴とする耐食性に優れたステンレス燃料タンクあるいは燃料パイプ。