JP2006022352A - 加工性,塗装後耐食性に優れた燃料タンク用ステンレス鋼板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 C:0.15質量%以下,Si:0.5質量%以下,Cr:11.0〜25.0質量%,N:0.020質量%以下,Ti:0.05〜0.50質量%,Nb:0.10〜0.50質量%,B:0.0100質量%以下を含み、一軸引張りで加工したときの破断伸び:30%以上,最小ランクフォード値rmin:1.3以上のステンレス鋼を基材に用い、伸び:200〜1000%,強度:3000〜9000N/cm2,強度/伸びの比率:3.0〜36.0のウレタン樹脂塗膜がクロメート皮膜を介して基材表面に設けられている。
【選択図】 なし
Description
燃料タンクは、内面側の腐食に加えて外面側も腐食性環境に曝される。たとえば、道路に融雪塩を散布する寒冷地等では、タンクや給油管の外面が過酷な腐食環境に曝され、従来の素材では長期耐食性を満足しない。外面の腐食抑制には、エポキシ系やメラミン系等の樹脂塗料を焼き付ける防錆塗装が一般的に採用されている。
所定形状に加工したアッパーハーフ,ロアーハーフのフランジを互いにシーム溶接することにより組み立てられる燃料タンクは、シーム溶接部やタンク固定用バンドとタンク本体との間に隙間(金属隙間)が生じやすい。隙間に雨水等が侵入すると、ステンレス鋼特有の隙間腐食が発生する。特に、融雪塩が散布される地域では、溶接部の隙間に侵入した塩分の乾燥・濃縮により極めて過酷な腐食環境になり、隙間腐食が加速されやすい。隙間腐食の成長によっては穴開き腐食に至ることもあり、燃料タンクの機能自体も大きく損なわれる。防錆塗装は、隙間腐食対策としても有効である。
燃料タンクに要求される気密性,耐食性を満足させるため、代表的な耐食材料であるステンレス鋼を燃料タンクや給油管の素材に使用することが検討されているが、普通鋼に比較して加工性に劣るステンレス鋼を成形加工すると加工割れが発生しやすい。加工割れは、燃料タンク,給油管の気密性を損ない、貯蔵燃料の揮散を促進させる。オーステナイト系ステンレス鋼は、加工性の点で有利であるが、応力腐食割れが発生する虞がある。
フェライト系ステンレス鋼は、応力腐食割れが発生しない利点をもつが、加工性に問題がある。そこで、Ti,Nbの添加によって加工性を改善した低C,Nフェライト系ステンレス鋼を基材とし、潤滑性の良い皮膜を設けることが提案されている(特許文献1)。しかし、燃料タンク形状が複雑化するに従い一層加工性に優れたタンク素材の要求が強くなっており、基材の改質だけでは要求特性を十分に満足させ得ない。
基材のフェライト系ステンレス鋼は、C:0.15質量%以下,Si:0.5質量%以下,Cr:11.0〜25.0質量%,N:0.020質量%以下,Ti:0.05〜0.50質量%,Nb:0.10〜0.50質量%,B:0.0100質量%以下を含み、更に必要に応じてMo:3.0質量%以下,Ni:2.0質量%以下,Cu:2.0質量%以下,Al:4.0質量%以下の1種又は2種以上を含む。
樹脂皮膜は、有機ポリイソシアネート化合物とポリオール化合物とを反応させたウレタン樹脂をベースとし、伸び:200〜1000%,強度:3000〜9000N/cm2,強度/伸びの比率:3.0〜36.0の樹脂組成物から成膜されている。樹脂皮膜に固形潤滑剤を分散させると、潤滑性が更に向上する。
以下、基材として使用するフェライト系ステンレス鋼に含まれる合金成分,含有量等を説明する。
最終焼鈍時に再結晶フェライトをランダム化させる再結晶核として有効な炭化物を形成する合金成分である。しかし、冷延焼鈍後の強度を上昇させ、過剰なC含有は延性低下の原因となる。また、0.15質量%を超えるC含有量では、溶接部等の熱影響部を鋭敏化させ、耐食性を低下させる。好ましくは、0.001〜0.050質量%の範囲にC含有量を設定する。
Si:0.5質量%以下
製鋼段階で脱酸剤として添加される成分であるが、固溶強化能が高いのでSi含有量の増加に伴い硬質化,延性低下を引き起こす。そこで、Si含有量の上限を0.5質量%(好ましくは、0.1質量%)に設定した。
ステンレス鋼としての耐食性を確保するために11.0質量%以上のCrが必要である。しかし、Cr含有量の増加に伴い靭性や加工性が低下するので、Cr含有量の上限を25.0質量%に設定した。好ましくは、15.0〜22.0質量%の範囲にCr含有量を設定する。
N:0.020質量%以下
Cと同様に最終焼鈍時に再結晶フェライトをランダム化させる再結晶核として有効な窒化物を形成する合金成分である。しかし、冷延焼鈍材の強度を上昇させ、過剰なN含有は延性低下の原因となるので、上限を0.020質量%(好ましくは、0.010質量%)に設定する。
Ti:0.05〜0.50質量%
C,Nを固定して加工性,耐食性を向上させる合金成分であり、0.05質量%以上でTiの添加効果がみられる。しかし、Ti添加によって鋼材コストの上昇,Ti系介在物起因の表面欠陥が生じやすくなるので、Ti含有量の上限を0.50質量%(好ましくは、0.2質量%)に設定する。
Nb:0.10〜0.50質量%
C,Nを固定して耐衝撃特性や二次加工性を向上させる合金成分であり、0.10質量%以上でNbの添加効果がみられる。しかし、Nbの過剰添加は材料を硬質化させて加工性に悪影響を及ぼし、再結晶温度を上昇させることから、Nb含有量の上限を0.50質量%(好ましくは、0.25質量%)に設定する。
B:0.0100質量%以下
Nを固定して耐食性,加工性を改善する作用を呈し、0.0005質量%以上でBの添加効果が顕著になる。しかし、Bを過剰添加すると熱間加工性、溶接性が低下するので、B含有量の上限を0.0100質量%(好ましくは、0.0015質量%)に設定する。
耐食性の改善に有効な合金成分であるが、過剰添加すると過剰添加は高温での固溶強化や動的再結晶の遅滞が生じて熱間加工性が低下するので、Mo含有量の上限を3.0質量%(好ましくは、1.0質量%)に設定する。
Ni:2.0質量%以下
オーステナイト形成元素であり、過剰添加は硬質化や鋼材コストの上昇を招くのでNi含有量の上限を2.0質量%(好ましくは、0.2質量%)に設定する。
Cu:2.0質量%以下
溶製時にスクラップ等から混入する不純物であり、過度にCuが含まれると熱間加工性、耐食性が低下するので、2.0質量%(好ましくは、0.05質量%)以下にCu含有量を規制する。
脱酸や耐酸化性のために添加される合金成分であるが、過剰添加は表面欠陥の原因となるので、上限を4.0質量%(好ましくは、0.005質量%)に設定する。
使用するフェライト系ステンレス鋼は、更に以下に掲げる成分を含む場合もある。
Mn:2.0質量%以下
オーステナイト形成元素であり、固溶強化能が小さく、材質への悪影響も少ない。しかし、Mn含有量の増加に応じて溶製時にヒュームが発生する等、製造性が低下するので、Mnを添加する場合には上限を2.0質量%(好ましくは、0.15質量%)に設定する。
P:0.050質量%以下
熱間加工性に有害な成分であり、0.050質量%を超えるとPの影響が顕著になるので、上限を0.050質量%(好ましくは、0.020質量%)に設定する。
結晶粒界に偏析しやすく、粒界酸化を促進させて熱間加工性を低下させる有害成分であるが、0.020質量%(好ましくは、0.001質量%)以下に規制するとS起因の悪影響が抑えられる。
V,Zr:0.01〜0.30質量%
固溶Cを炭化物として析出させ、加工性を改善する合金成分であり、0.01質量%以上でV,Zrの添加効果がみられる。Zrは、更に鋼中[O]を酸化物として捕捉することによっても加工性,靭性の向上に有利である。しかし、V,Zrの過剰添加は製造性を低下させることになるので、添加量を0.30質量%(好ましくは、0.020質量%)以下に規制する。
その他の成分としてCa,Mg,Co,REM等が溶製中の鋼材に原料スクラップから混入することもあるが、過剰に含まれる場合を除きプレス成形品の形状凍結性に影響を及ぼさない。
伸び,強度,強度/伸びの比率に関する条件を満足する樹脂皮膜としては、有機ポリイソシアネート化合物とポリオール化合物とを反応させたウレタン樹脂をベースとするウレタン樹脂皮膜が好適であり、クロメート皮膜を介在させると塗膜密着性が向上する。ウレタン樹脂皮膜は、耐カジリ性,溶接性を考慮して0.2〜10μmの膜厚で形成することが好ましい。
樹脂組成物には、温間加工時における塗膜の軟化に起因するカジリの発生を抑制する作用のあるシリカ,アルミナ,ジルコニア等の無機粉末を必要に応じて分散させても良い。無機粉末の配合によって樹脂皮膜の熱安定性が向上し、たとえば100〜200℃に予熱した金型を使用する温間加工等においても樹脂皮膜の軟化が防止され、良好な耐カジリ性が維持される。
所定組成に調製された塗料組成物は、常法に従ってクロメート処理されたステンレス鋼板に塗布され、焼付け・乾燥によって樹脂皮膜となる。塗料組成物の塗布に格段の制約はなく、ローラ,ロールコータ,シャワーリング,スプレー等の塗布方法を採用できる。
樹脂組成物として、有機ポリイソシアネート化合物,ポリオール化合物,カルボキシル基含有化合物,鎖伸張剤の各成分を変化させることにより、樹脂の伸び,強度を調整したウレタン樹脂のエマルジョン処理液を用意した。有機ポリイソシアネート化合物にはフェニレンジイソシアネート,ヘキサメチレンジイソシアネート,イソホロンジイソシアネートを、ポリオール化合物にはポリエーテルポリオール,ポリカーボネートポリオールを、カルボキシル基含有化合物には2,2-ジメチルプロピオン酸,ジオキシマレイン酸を、鎖伸張剤にはジエチレンアミン,ジエチレントリアミンを用いた。
ロールコータでエマルジョン処理液をステンレス鋼板に塗布し、最高到達板温:120℃で焼き付けることにより膜厚:2μmのウレタン樹脂皮膜を形成した。
樹脂皮膜が形成されたステンレス鋼板を燃料タンク形状(図1)にプレス加工し、得られた成形品を観察して加工欠陥の有無を調査した。調査結果を、ステンレス鋼板の伸び,最小ランクフォード値rmin及び樹脂皮膜の伸び,強度,強度/伸びの比率と関連付けて表2に示す。
表2の結果は、本発明で規定した条件を満足するステンレス鋼と樹脂皮膜との組合せによって初めて、割れの発生がなく所定の燃料タンク形状への成形加工が可能になったことを示している(A-1,B-1,C-1,D-1)。
素材として使用するステンレス鋼が本発明で規定した機械的特性を満足していても樹脂皮膜が本発明で規定した条件を満足していない場合には、部分的に縦割れが発生し、目標の燃料タンク形状に成形できなかった(A-2,B-2,C-2,D-2)。逆に、本発明で規定した機械的特性を満足しないステンレス鋼板に本発明で規定した条件を満足する樹脂皮膜を設けたものでは、大きな割れが発生し、プレス加工自体が不可能であった(F-1,G-1,H-1)。
表3の調査結果にみられるように、Pbめっき鋼板を素材に用いた比較例では,シーム溶接隙間,金属隙間部共に侵食が検出された。これに対し、試験番号A-1の樹脂被覆ステンレス鋼板を素材とした燃料タンクでは、溶接部,隙間部共に腐食が発生していなかった。しかし、クロメート皮膜を省略すると、溶接部で塗膜フクレが生じ、塗膜下腐食が検出された。以上の対比から、本発明で規定した成分,機械特性のステンレス鋼板を素材とし、クロメート皮膜を介して樹脂皮膜を形成すると、燃料タンクに要求される加工性,耐食性を満足した樹脂被覆ステンレス鋼板が得られることが確認される。
Claims (3)
- C:0.15質量%以下,Si:0.5質量%以下,Cr:11.0〜25.0質量%,N:0.020質量%以下,Ti:0.05〜0.50質量%,Nb:0.10〜0.50質量%,B:0.0100質量%以下を含み、一軸引張りで加工したときの破断伸び:30%以上,最小ランクフォード値rmin:1.3以上のフェライト系ステンレス鋼を基材とし、クロメート皮膜を介して樹脂皮膜が基材表面に設けられており、有機ポリイソシアネート化合物とポリオール化合物とを反応させたウレタン樹脂をベースとし、伸び:200〜1000%,強度:3000〜9000N/cm2,強度/伸びの比率:3.0〜36.0の樹脂組成物から樹脂皮膜が成膜されていることを特徴とする加工性,塗装後耐食性に優れた燃料タンク用ステンレス鋼板。
- 基材のフェライト系ステンレス鋼が更にMo:3.0質量%以下,Ni:2.0質量%以下,Cu:2.0質量%以下,Al:4.0質量%以下の1種又は2種以上を含む請求項1記載の燃料タンク用ステンレス鋼板。
- 樹脂皮膜に固形潤滑剤が分散している請求項1記載の燃料タンク用ステンレス鋼板。
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- 2004-07-06 JP JP2004199585A patent/JP2006022352A/ja active Pending
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