JP2004277767A

JP2004277767A - 自動車の給油管および燃料タンク用オーステナイト系ステンレス鋼並びに自動車の給油管および燃料タンク

Info

Publication number: JP2004277767A
Application number: JP2003067705A
Authority: JP
Inventors: Wakahiro Harada; 和加大原田; Toshiro Adachi; 俊郎足立; Hiroki Tomimura; 宏紀冨村; Kazu Shiroyama; 和白山; Takeshi Utsunomiya; 武志宇都宮
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【目的】長期間にわたって優れた気密性が維持され、供給・貯蔵燃料の揮散がない自動車の給油管および燃料タンク用のオーステナイト系ステンレス鋼を提供する。
【構成】Ｃ：０．０７質量％以下，Ｃｒ：１５．０〜２５．０質量％，Ｎｉ：５．０〜１８．０質量％，Ｃｕ：０．５〜４．０質量％を含有するオーステナイト系ステンレス鋼。
さらに、必要に応じて、Ｓｉ：０．５〜４．０質量％，Ｍｏ：０．３〜４．０質量％，Ａｌ：０．００１〜０．１質量％，Ｎ：０．００５〜０．３０質量％の１種以上を含有させたものでもよい。
【効果】優れた耐孔食性，耐隙間腐食性，耐応力腐食割れ性により、長期間にわたって優れた気密性が維持できる自動車の給油管や燃料タンクが得られる。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、長期間にわたって供給・貯蔵燃料の揮散を防止する気密性を発揮させるための耐孔食性，耐隙間腐食性および耐応力腐食割れ性に優れた自動車の給油管および燃料タンク用のオーステナイト系ステンレス鋼、ならびにそれを基材にして作られた自動車の給油管および燃料タンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車や自動二輪に搭載される給油管や燃料タンクは、ガソリンを通常供給・貯蔵しているが、気密性が悪いと気化したガソリンが大気中に散逸する。ガソリンの散逸は、最近特に重視されている地球環境に悪影響を及ぼす原因の一つである。気密性は、耐孔食性，耐隙間腐食性，耐応力腐食割れ性に影響され、特に所定形状の加工された後のそれらの特性に影響される。
現在、給油管には、炭素鋼管を成形後、Ｚｎめっき、またはその後さらに塗装したものが用いられている。また、燃料タンクには、耐食性，加工性および溶接性に優れたＰｂめっき鋼板，Ｐｂ−Ｓｎめっき鋼板に塗装が施されたものが用いられてきた（例えば特開昭６１−２４６３７８号公報参照）が、環境対策から近年は、塗装下地にＳｎめっき鋼板，Ｓｎ−Ｚｎめっき鋼板，Ａｌめっき鋼板が用いられるようになっている（例えば、特開平６−３０６６３７号公報参照）。
複雑な形状に加工できるメリットから、樹脂材料も使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、めっき材は、寒冷地などの融雪塩を散布する地域においては長期的な耐食性はよくない。また、給油管や燃料タンク形状に加工する際にめっき層に剥離や亀裂が生じやすい。剥離，亀裂等の欠陥部は、ガソリンの劣化によって生じる有機酸を含む腐食性環境に曝されたとき腐食発生の起点になる。その結果、孔食による穴開き等が発生すると気密性が低下する。
樹脂を素材としたものでは、ガソリンが透過する問題があり、十分な気密性が確保できない。
【０００４】
そこで、長期間にわたって良好な気密性を維持するため、代表的な耐食材料であるステンレス鋼を給油管や燃料タンクの素材に使用することが検討されている。
ステンレス鋼といえども、給油管や燃料タンクのおかれる環境下ではシーム溶接部あるいはサポート溶接部等で隙間が形作られ、海塩粒子や融雪塩あるいは雨水等の浸入によりステンレス鋼特有の腐食である隙間腐食を生じやすい。また、加工による残留応力、および溶接による残留応力に起因して、溶接隙間部等において隙間腐食を起点として応力腐食割れも生じやすく、給油管や燃料タンクとしての機能性が大きく損なわれる場合がある。
【０００５】
しかし、耐孔食性，耐隙間腐食性および耐応力腐食割れ性が要求される給油管や燃料タンク用として好適なステンレス鋼は、これまでのところ実用化されていない。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、長期間にわたって優れた気密性が維持され、供給・貯蔵燃料の揮散がない自動車の給油管および燃料タンク用のオーステナイト系ステンレス鋼を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の自動車の給油管および燃料タンク用オーステナイト系ステンレス鋼は、その目的を達成するため、Ｃ：０．０７質量％以下，Ｃｒ：１５．０〜２５．０質量％，Ｎｉ：５．０〜１８．０質量％，Ｃｕ：０．５〜４．０質量％を含有することを特徴とする。
さらに、必要に応じて、Ｓｉ：０．５〜４．０質量％，Ｍｏ：０．３〜４．０質量％，Ａｌ：０．００１〜０．１質量％，Ｎ：０．００５〜０．３０質量％の１種以上を含有することができる。
このような、成分組成と機械的特性を有するオーステナイト系ステンレス鋼を基材として製造することにより、長期間にわたって優れた気密性が維持され、供給・貯蔵燃料の揮散がない自動車の給油管および燃料タンクを得たものである。
【０００７】
【実施の態様】
例えば燃料タンクは、図１に示すような複雑形状に鋼板をプレス加工することにより製造されており、燃料タンク本体１にインレットパイプ２，フュエルパイプ３，フュエルリターンパイプ４，サブタンク５，ドレーンプラグ６等の各種部材が溶接，ろう付け等で取り付けられる。燃料タンク形状に鋼板を成形するときのプレス加工は、伸び，圧縮等が複合された複雑な塑性変形を伴う加工である。そのため、素材として使用するステンレス鋼には、耐力が低く、伸びの大きいオーステナイト系のステンレス鋼が適する。
【０００８】
給油管や燃料タンクには、飛来海塩粒子および融雪塩に含まれる塩化物イオンが付着する。また、自動車の下部に位置し、雨水の付着もあり、湿度が高く、さらにエンジンからの過剰ガソリンの戻りや、排気ガス管等が近くにあることから、温度も上昇する。
これらのことから、給油管および燃料タンクは、極めて腐食性の強い環境下に配置されるといえる。
【０００９】
そのため、給油管や燃料タンクの一般面では孔食が、燃料タンクのシーム溶接部や給油管のサポートとの固定部では隙間腐食が発生する。さらに、燃料タンクのシーム溶接部や、給油管の一部であるじゃ腹管では、隙間腐食や孔食を起点とした応力腐食割れが発生する。長期的な耐食性を確保するためには、これらの腐食を抑制する必要がある。
本発明の鋼は、適量のＣｒ，Ｎｉに加え、Ｃｕ，Ｓｉ，Ｍｏ，Ａｌ，Ｎの添加により、耐孔食性，耐隙間腐食性および耐応力腐食割れ性を向上させることができた。
【００１０】
以下、本発明で使用されるオーステナイト系ステンレス鋼に含まれる合金成分および含有量を説明する。
Ｃ：０．０７質量％以下
Ｃは、多量に含まれると固溶強化により０．２％耐力や硬さを上昇させる合金成分である。特に、オーステナイト系ステンレス鋼にあっては、加工誘起マルテンサイト相が過度に硬質化するため加工硬化が大きくなる。その結果、加工性が著しく低下する。また、Ｃを過剰に含む場合、オーステナイト系ステンレス鋼では加工の際に大きな歪を受けた部分に時期割れと称される遅れ破壊現象が生じやすくなる。さらに、溶接部において結晶粒界にＣｒ炭化物として析出し、粒界近傍にＣｒ欠乏を生じて粒界腐食を促進することになる。このようなことから、Ｃの含有量は０．０７質量％以下に規制する。
【００１１】
Ｓｉ：０．５〜４．０質量％
Ｓｉは、製鋼段階で脱酸剤として添加される合金成分である。また、隙間腐食電位を貴にし、隙間腐食の発生を抑制する作用も有している。さらにＣｕと複合添加したとき、耐応力腐食割れ性を向上させる作用を発揮する。それらの効果は、０．５質量％以上の添加で顕れる。しかし過剰量のＳｉが含まれると材質が硬質化すると共に、加工硬化が大きくなって成形性が低下するので、Ｓｉを積極的に添加する場合には、上限を４．０質量％に規定する。
【００１２】
Ｃｒ：１５．０〜２５．０質量％
Ｃｒは、耐食性，耐孔食性，耐隙間腐食性の向上に有効な合金成分であり、１５．０質量％以上の含有が必要である。しかし、過剰量のＣｒが含まれると硬さが増加して加工性が低下するとともに、酸洗時のデスケールが困難になり生産性も低下するので、Ｃｒ含有量の上限を２５．０質量％に設定した。
【００１３】
Ｎｉ：５．０〜１８．０質量％
Ｎｉは、オーステナイト相を維持する上で必須の合金成分であり、耐孔食性，耐隙間腐食性，耐応力腐食割れ性を発揮させるためには、少なくとも５．０質量％が必要である。加工誘起マルテンサイト相の生成に起因する加工硬化はＮｉ含有量の増加に伴って生じにくくなり、加工硬化率が低減する。しかし、過剰量のＮｉが含まれると熱間加工性が低下するので、Ｎｉ含有量の上限を１８．０質量％とした。
【００１４】
Ｃｕ：０．５〜４．０質量％
Ｃｕは、加工誘起マルテンサイト相の生成に起因する加工硬化を抑制し、加工性を向上させる合金成分である。また、Ｃｕは隙間腐食部の溶解面で析出し、隙間腐食を抑制するとともに、再不動態化を促進させる。さらに、耐応力腐食割れ性の改善にも有効であり、特にＳｉと複合添加したとき、その作用は顕著になる。Ｃｕの添加効果は０．５質量％以上の含有で顕れるが、過剰量のＣｕが含まれると熱間加工性に悪影響が表れるので、Ｃｕ含有量の上限を４．０質量％に規定する。
【００１５】
Ｎ：０．００５〜０．３０質量％
Ｎは、孔食や隙間腐食が生じた部分でアンモニアを形成し、環境をマイルドにして耐孔食性や耐隙間腐食割れ性を向上させる作用を有している。その作用は０．００５質量％以上の含有で顕著になる。しかしながら、多量の含有は固溶強化により０．２％耐力や硬さを上昇させて加工性を低下させ、表面キズ発生の原因ともなるのでＮ含有量の上限は０．３０質量％とした。
Ａｌ：０．００１〜０．１質量％
Ａｌは、製鋼段階で脱酸の目的で添加される。また、溶接隙間部において、溶接スケールへのＣｒ酸化ロスを低減して隙間腐食を抑制することによって、耐隙間腐食性や耐応力腐食割れ性を向上させる作用を有している。この作用は０．００１質量％以上の含有で顕著になる。しかし、過剰量のＡｌが含まれると材質が著しく硬質化し、また加工割れの起点となる硬質介在物が生じやすくなって加工性が低下するので、耐隙間腐食性や耐応力腐食割れ性向上のためにＡｌを積極的に添加する場合には上限を０．１質量％にすることが必要である。
【００１６】
Ｍｏ：０．３〜４．０質量％
Ｍｏは、必要に応じて添加される合金成分であり、耐孔食性，耐隙間腐食性，耐応力腐食割れ性を改善する作用を呈する。その作用は０．３質量％以上の含有で顕著になる。しかし、過剰量のＭｏ添加は硬さを上昇させ、また耐応力腐食割れ性を損なう原因となるので、Ｍｏを添加する場合には上限を４．０質量％に規定する。
【００１７】
以上の他にも、微量の下記成分を含有していても良い。
Ｍｎ：２．５質量％以下
ＭｎＳ系の介在物は、孔食や隙間腐食の起点となるため、Ｍｎ含有量を２．５質量％以下に規制する。
【００１８】
Ｐ：０．０５質量％以下
Ｐは、熱間加工性に有害な元素である。特に０．０５質量％を超えると熱間加工性の低下が顕著になるので、それ以下におさえることが好ましい。
Ｓ：０．０５質量％以下
Ｓは、腐食や加工割れの起点となるＭｎＳ系の硫化物を形成し、耐食性や加工性を低下させる。したがって、その上限は０．０５質量％に規制することが好ましい。
【００１９】
Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｖ：１．０質量％以下
耐孔食性や耐隙間腐食性を向上させる作用を有する。したがって必要に応じて添加されるが、これら元素の添加効果は、１．０質量％で飽和し、それ以上添加しても増量に見合った効果が期待できない。多量に含有すると、却って加工性が低下するので、上限を１．０質量％に規定する。
Ｂ：０．０２質量％以下
熱間加工性を向上させ、熱延時の割れ防止に有効であるので、必要に応じて添加される。しかし、過剰量のＢ含有は却って熱間加工性が低下することになり、また耐孔食性や耐隙間腐食性を低下させることになるので、Ｂを添加する場合には上限を０．０２質量％に規定する。
【００２０】
ＲＥＭ（希土類元素）：０．０５質量％以下
Ｂと同様に熱間加工性の改善に有効であるので、必要に応じて添加される。しかし、過剰に添加すると添加効果が飽和することに加え、硬質化を招き成形加工性が低下することから、ＲＥＭを添加する場合には上限を０．０５質量％に規定する。
Ｃａ：０．０５質量％以下
製鋼段階で脱酸作用を呈し、熱間加工性の改善にも有効であるので、必要に応じて添加される。しかし、０．０５質量％を超える過剰量のＣａを添加しても添加効果が飽和し、清浄度が低下して耐食性を却って低下させることになるので、Ｃａを添加する場合には上限を０．０５質量％に規定する。
なお、本発明の鋼を基材に、加工性を向上させるための潤滑皮膜、あるいは耐食性を向上させるためのＺｎやＡｌめっき、亜鉛ペイント、カチオン塗装等の表面処理を行うことも可能である。
【００２１】
【実施例】
実施例１：
表１の成分・組成をもつ板厚０．８ｍｍのオーステナイト系ステンレス冷延鋼板を用いて、塩乾湿複合サイクル試験（ＣＣＴ）を４００サイクル行って腐食状態を調査した。
ＣＣＴに用いた試験片を図２に示す。２枚重ねた鋼板の両端から１０ｍｍ内側の部分をシーム溶接したものである。ＣＣＴ後の試験片外側面に発生した孔食の深さを測定した。また、シーム溶接部を切り、２枚重ねの試験片各板の内側面に生じた隙間腐食による侵食深さを測定するとともに、溶接部近傍における応力腐食割れの有無を調べた。
なお、塩乾湿複合サイクル試験の１サイクルは、（５％ＮａＣｌ中１５分）の塩水噴霧→（湿度３５％、温度６０℃に６０分）の乾燥→（湿度９５％、温度６０℃に１８０分）の湿潤である。
その結果を表２に示す。
【００２２】
表２の示す結果から明らかなように、本発明の成分組成を有するオーステナイト系ステンレス鋼は、優れた耐孔食性，耐隙間腐食性，耐応力腐食割れ性を有していることが確認できた。
これに対して、Ｃｒ含有量が少なく、Ｃｕを含有していないオーステナイト系ステンレス鋼（鋼種Ｎｏ．１）は、耐孔食性，耐隙間腐食性および耐応力腐食割れ性のいずれの点でも不十分であった。また、所定量のＣｒを含有していても、Ｃｕを含有していないオーステナイト系ステンレス鋼（鋼種Ｎｏ．２）は、耐孔食性および耐隙間腐食性の点では満足できたが、耐応力腐食割れ性が不十分であった。
【００２３】

【００２４】

【００２５】
実施例２：
実施例１の表１に示した鋼種Ｎｏ．３〜２２の鋼を用いて、給油管と燃料タンクを作製し、自動車に実装した。加工は支障なく可能であった。
比較品として、給油管には、普通鋼で作製した上にＺｎめっきおよび塗装を施したものを、燃料タンクには、Ｐｂめっき鋼板に塗装を施した鋼板で作製したものを準備した。
それぞれの給油管および燃料タンクを搭載した自動車を、融雪塩を散布した道路、海岸近くの道路、市街地の道路を含めて１５万ｋｍを走行した後、腐食状態を調べた。
本発明のオーステナイト系ステンレス鋼を用いた給油管と燃料タンクは、孔食や隙間腐食による侵食、および応力腐食割れによる燃料漏れはなかった。一方、Ｚｎめっき＋塗装を施した普通鋼を使用した給油管、およびＰｂめっき鋼板＋塗装を使用した燃料タンクは、いずれもめっき層が損耗し、塗装下腐食が進行して母材が侵食され燃料漏れが発生していた。
【００２６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のオーステナイト系ステンレス鋼は耐孔食性，耐隙間腐食性および耐応力腐食割れ性に優れている。この鋼を基材として製造された自動車の給油管や製燃料タンクは、長期にわたって優れた気密性が維持される。そのため、地球環境にとって有害な貯蔵ガソリンの揮散がない給油管や燃料タンクを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料タンクの概略斜視図
【図２】ＣＣＴサイクル試験用の試験片形状を説明する図

Claims

Ｃ：０．０７質量％以下，Ｃｒ：１５．０〜２５．０質量％，Ｎｉ：５．０〜１８．０質量％，Ｃｕ：０．５〜４．０質量％を含有することを特徴とする耐食性に優れた自動車の給油管および燃料タンク用オーステナイト系ステンレス鋼。
さらに、Ｓｉ：０．５〜４．０質量％および／またはＭｏ：０．３〜４．０質量％を含有する請求項１に記載の自動車の給油管および燃料タンク用オーステナイト系ステンレス鋼。
さらに、Ａｌ：０．００１〜０．１質量％を含有する請求項１または２に記載の自動車の給油管および燃料タンク用オーステナイト系ステンレス鋼。
さらに、Ｎ：０．００５〜０．３０質量％を含有する請求項１〜３のいずれかに記載の自動車の給油管および燃料タンク用オーステナイト系ステンレス鋼。
請求項１〜４のいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼を基材とした自動車用の給油管および燃料タンク。