JP2012126992A - 燃料タンク用オーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)
Abstract
【課題】SUS304Lと同等の延性と耐隙間腐食性を有し、省Ni、高強度の燃料タンク用オーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼を提供する。
【解決手段】質量％にて、C：0.05%以下、Si：1%以下、Mn：2%以上8％以下、P：0.1%以下、S：0.02%以下、Cr：15%以上23%以下、Mo：4%以下、Ni：3.0%以下、Cu：2%以下、N：0.05%以上0.3%以下、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、Cr当量、Ni当量が(1)式かつ(2)式の範囲内である。9≦Cr当量−Ni当量≦14…(1)式27≦Cr当量＋Ni当量≦32…(2)式Cr当量=1.5[Si]+[Cr]+[Mo]+2[Ti]+0.5[Nb]Ni当量=30[C]+30[N]+0.5[Mn]+[Ni]+0.5[Cu]+0.5[Co][元素記号]は[]内の元素の含有量（単位：質量％）を示す。
【選択図】図１
【解決手段】質量％にて、C：0.05%以下、Si：1%以下、Mn：2%以上8％以下、P：0.1%以下、S：0.02%以下、Cr：15%以上23%以下、Mo：4%以下、Ni：3.0%以下、Cu：2%以下、N：0.05%以上0.3%以下、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、Cr当量、Ni当量が(1)式かつ(2)式の範囲内である。9≦Cr当量−Ni当量≦14…(1)式27≦Cr当量＋Ni当量≦32…(2)式Cr当量=1.5[Si]+[Cr]+[Mo]+2[Ti]+0.5[Nb]Ni当量=30[C]+30[N]+0.5[Mn]+[Ni]+0.5[Cu]+0.5[Co][元素記号]は[]内の元素の含有量（単位：質量％）を示す。
【選択図】図１
Description
本発明は、燃料タンクの素材として好適な燃料タンク用オーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼に関する。
従来、燃料タンクの素材としては、樹脂、表面処理を施した軟鋼、SUS304Lなどのオーステナイト系ステンレス鋼等の種々の素材が用いられている。
燃料タンクの素材としてオーステナイト系ステンレス鋼を用いたものとしては、例えば特許文献１に開示された「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並びに自動車の給油管及び燃料タンク」がある。
燃料タンクの素材としてオーステナイト系ステンレス鋼を用いたものとしては、例えば特許文献１に開示された「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並びに自動車の給油管及び燃料タンク」がある。
樹脂は燃料の耐蒸散性が劣るため、素材の肉厚を厚くする必要があり、燃料タンクの素材として樹脂を用いた場合、燃料タンクの外寸に対してタンク内容積が小さいという問題がある。
また、燃料タンクの素材として表面処理を施した軟鋼を用いた場合、溶接時に表面処理が欠落するため、燃料タンクを更に塗装する必要がある。
樹脂および表面処理を施した軟鋼に共通する課題として、両者共に燃料タンクの軽量化が困難であるという点が挙げられる。その理由は、樹脂では耐蒸散性を確保するために素材の肉厚を厚くする必要があるためであり、また、表面処理を施した軟鋼では素材強度が低いため、肉厚を厚くする必要があるためである。
また、両者ともに、バイオ燃料やアルコール燃料に対する耐久性が必ずしも十分ではなく、燃料と素材の種類の組合せによっては、長期使用の間にタンク素材表面と燃料が化学反応し劣化する場合があるという問題もあった。
また、燃料タンクの素材として表面処理を施した軟鋼を用いた場合、溶接時に表面処理が欠落するため、燃料タンクを更に塗装する必要がある。
樹脂および表面処理を施した軟鋼に共通する課題として、両者共に燃料タンクの軽量化が困難であるという点が挙げられる。その理由は、樹脂では耐蒸散性を確保するために素材の肉厚を厚くする必要があるためであり、また、表面処理を施した軟鋼では素材強度が低いため、肉厚を厚くする必要があるためである。
また、両者ともに、バイオ燃料やアルコール燃料に対する耐久性が必ずしも十分ではなく、燃料と素材の種類の組合せによっては、長期使用の間にタンク素材表面と燃料が化学反応し劣化する場合があるという問題もあった。
SUS304Lは軟鋼にくらべて強度が高く、燃料タンクの軽量化に寄与しうるとともに、延性が高いため複雑な形状の加工も可能である。また、SUS304Lは未加工部であればタンク外面の塩害などによる隙間腐食に対しても十分な耐性を示す。さらに、SUS304Lに限らずステンレス鋼は、タンク内面のバイオ燃料やアルコール燃料に対する耐久性も高い。このようにSUS304Lは燃料タンク用素材として好ましい特性を有している。
しかしながら、SUS304LはNiを多量に含有するため、素材のコストが高くなるという問題がある。また、SUS304Lは、タンク外面での塩害に対して、未加工部であれば十分な耐性を示すが、厳しい加工部では応力腐食割れの耐性が劣るため、防食のための塗装を施す必要があり、このような塗装は軽量化を妨げる要因となる。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、SUS304Lと同等の延性と耐隙間腐食性を有し、なおかつSUS304Lよりも省Niで、さらにSUS304Lよりも高強度の燃料タンク用オーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼を提供することを目的とする。
発明者は燃料タンク用に用いるステンレス鋼について鋭意検討した。
ステンレス鋼は、マルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、オーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼に大別される。これらのうち、マルテンサイト系ステンレス鋼およびフェライト系ステンレス鋼では、SUS304Lのような高い延性は得られない。
他方、オーステナイト系ステンレス鋼では、SUS304Lが燃料タンク材として用いられているが、前述したような課題が有る。
ステンレス鋼は、マルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、オーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼に大別される。これらのうち、マルテンサイト系ステンレス鋼およびフェライト系ステンレス鋼では、SUS304Lのような高い延性は得られない。
他方、オーステナイト系ステンレス鋼では、SUS304Lが燃料タンク材として用いられているが、前述したような課題が有る。
そこで、発明者はオーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼に着目し、種々の成分を有する省Ni型の二相ステンレス鋼についてその特性を評価した。
省NiでNおよびMnを含有したオーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼は、SUS304Lよりもはるかに高い強度を有することを知見した。また、この二相ステンレス鋼でCr当量およびNi当量を最適化することにより、大幅に延性が向上し、SUS304Lと同等以上の延性を有することも知見した。さらに、塩害に対する耐隙間腐食性もSUS304Lと同等以上であることを知見した。またさらに、Ni量の適正化により耐応力腐食割れ性がSUS304Lよりも優れることも知見した。
本発明は係る種々の知見に基づくものであり、具体的には以下の構成からなるものである。
省NiでNおよびMnを含有したオーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼は、SUS304Lよりもはるかに高い強度を有することを知見した。また、この二相ステンレス鋼でCr当量およびNi当量を最適化することにより、大幅に延性が向上し、SUS304Lと同等以上の延性を有することも知見した。さらに、塩害に対する耐隙間腐食性もSUS304Lと同等以上であることを知見した。またさらに、Ni量の適正化により耐応力腐食割れ性がSUS304Lよりも優れることも知見した。
本発明は係る種々の知見に基づくものであり、具体的には以下の構成からなるものである。
（１）本発明に係る燃料タンク用オーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼は、質量％にて、C：0.05%以下、Si：1%以下、Mn：2%以上8%以下、P：0.1%以下、S：0.02%以下、Cr：15%以上23%以下、Mo：4%以下、Ni：3.0%以下、Cu：2%以下、N：0.05%以上0.3%以下、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、Cr当量、Ni当量が次の(1)式かつ(2)式の範囲内であることを特徴とするものである。
9≦Cr当量−Ni当量≦14 …(1)式
27≦Cr当量＋Ni当量≦32 …(2)式
ただし、Cr当量=1.5[Si]+[Cr]+[Mo]+2[Ti]+0.5[Nb]
Ni当量=30[C]+30[N]+0.5[Mn]+[Ni]+0.5[Cu]+0.5[Co]
なお、[元素記号]は[]内の元素の含有量（単位：質量％）を示す。
9≦Cr当量−Ni当量≦14 …(1)式
27≦Cr当量＋Ni当量≦32 …(2)式
ただし、Cr当量=1.5[Si]+[Cr]+[Mo]+2[Ti]+0.5[Nb]
Ni当量=30[C]+30[N]+0.5[Mn]+[Ni]+0.5[Cu]+0.5[Co]
なお、[元素記号]は[]内の元素の含有量（単位：質量％）を示す。
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、質量％にて、Ni：1.8%以下であることを特徴とするものである。
なお、本明細書において成分割合を示す「%」は「質量%」の意味である。
なお、本明細書において成分割合を示す「%」は「質量%」の意味である。
（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、質量％にて、Nb：1.0%以下を含有することを特徴とするものである。
（４）また、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものにおいて、質量％にて、V：0.5%以下を含有することを特徴とするものである。
（５）また、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のものにおいて、質量％にて、Al：0.1%以下を含有することを特徴とするものである。
（６）また、上記（１）乃至（５）のいずれかに記載のものにおいて、質量％にて、B：0.01%以下、Ca：0.01%以下、Mg：0.01%以下、REM：0.1%以下、Ti：0.3%以下のいずれか１種又は２種以上を含有することを特徴とするものである。
本発明によれば、SUS304Lと同等の延性と耐隙間腐食性を有し、なおかつSUS304Lよりも省Niで、さらにSUS304Lよりも高強度となり、燃料タンク用に最適のオーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼となる。
本発明に係る燃料タンク用オーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼について説明する。
本発明に係る燃料タンク用オーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼は、C：0.05%以下、Si：1%以下、Mn：2%以上8%以下、P：0.1%以下、S：0.02%以下、Cr：15%以上23%以下、Mo：4%以下、Ni：3.0%以下、Cu：2%以下、N：0.05%以上0.3%以下、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、Cr当量、Ni当量が次の(1)式かつ(2)式の範囲内であることを特徴とするものである。
9≦Cr当量−Ni当量≦14 …(1)式
27≦Cr当量＋Ni当量≦32 …(2)式
ただし、Cr当量=1.5[Si]+[Cr]+[Mo]+2[Ti]+0.5[Nb]
Ni当量=30[C]+30[N]+0.5[Mn]+[Ni]+0.5[Cu]+0.5[Co]
なお、[元素記号]は[]内の元素の含有量（単位：質量％）を示す。
本発明に係る燃料タンク用オーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼は、C：0.05%以下、Si：1%以下、Mn：2%以上8%以下、P：0.1%以下、S：0.02%以下、Cr：15%以上23%以下、Mo：4%以下、Ni：3.0%以下、Cu：2%以下、N：0.05%以上0.3%以下、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、Cr当量、Ni当量が次の(1)式かつ(2)式の範囲内であることを特徴とするものである。
9≦Cr当量−Ni当量≦14 …(1)式
27≦Cr当量＋Ni当量≦32 …(2)式
ただし、Cr当量=1.5[Si]+[Cr]+[Mo]+2[Ti]+0.5[Nb]
Ni当量=30[C]+30[N]+0.5[Mn]+[Ni]+0.5[Cu]+0.5[Co]
なお、[元素記号]は[]内の元素の含有量（単位：質量％）を示す。
以下において、本発明の燃料タンク用オーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼の成分組成を限定する理由及び、Cr当量、Ni当量の満たすべき範囲について説明する。なお、成分組成について、％はすべて質量%を意味する。
＜C：0.05%以下＞
溶接後冷却時の鋭敏化（Cr炭化物生成によるCr炭化物周辺のCr欠乏）による耐食性劣化を抑制するため、Cは0.05%以下とする。なお、Cは0.02%以下が好適である。
＜Si：1%以下＞
Siは脱酸材として必要に応じて含有できるが、フェライト生成元素であり、1%を超えると本発明に必要なオーステナイト相分率が得がたくなるのでSiは1%以下とする。なお、Siは0.5%以下が好適である。さらには、0.4%以下がより好適である。
溶接後冷却時の鋭敏化（Cr炭化物生成によるCr炭化物周辺のCr欠乏）による耐食性劣化を抑制するため、Cは0.05%以下とする。なお、Cは0.02%以下が好適である。
＜Si：1%以下＞
Siは脱酸材として必要に応じて含有できるが、フェライト生成元素であり、1%を超えると本発明に必要なオーステナイト相分率が得がたくなるのでSiは1%以下とする。なお、Siは0.5%以下が好適である。さらには、0.4%以下がより好適である。
＜Mn：2%以上8%以下＞
Mnは固相でのN固溶度を高める元素であり、溶接後冷却時の鋭敏化を抑制するため2%以上含有させる。一方、Mnは過剰に含有させるとMnSを介して耐食性に悪影響をおよぼすため8%以下とする。なお、Mnは2.5%以上、5％以下が好適である。
＜P：0.1%以下＞
Pの含有量が0.1%を超えると耐食性が劣化するため0.1%以下とする。なお、Pは0.05%以下が好適である。
＜S：0.02%以下＞
Sの含有量が0.02%を超えると耐食性が劣化するため0.02%以下とする。なお、Sは0.01%以下が好適である。
Mnは固相でのN固溶度を高める元素であり、溶接後冷却時の鋭敏化を抑制するため2%以上含有させる。一方、Mnは過剰に含有させるとMnSを介して耐食性に悪影響をおよぼすため8%以下とする。なお、Mnは2.5%以上、5％以下が好適である。
＜P：0.1%以下＞
Pの含有量が0.1%を超えると耐食性が劣化するため0.1%以下とする。なお、Pは0.05%以下が好適である。
＜S：0.02%以下＞
Sの含有量が0.02%を超えると耐食性が劣化するため0.02%以下とする。なお、Sは0.01%以下が好適である。
＜Cr：15%以上23%以下＞
Crは耐食性を高める元素であり、耐食性確保のため含有量は15%以上必要である。一方、Crはフェライト生成元素であり、23%を超えると、本発明に必要なオーステナイト相分率が得がたくなるので23%以下とする。なお、Crは17%以上、22%以下が好適である。
＜Mo：4%以下＞
Moは耐食性を高める元素であり、必要に応じて含有させることができる。しかしながら、Moを4%を超えて含有させるとσ相などが析出しやすくなり加工性に悪影響をおよぼすので4%以下とした。なお、Moは2.5%以下が好適である。他方、Mo添加の明確な効果を得るには0.2%以上とするのが好適である。
Crは耐食性を高める元素であり、耐食性確保のため含有量は15%以上必要である。一方、Crはフェライト生成元素であり、23%を超えると、本発明に必要なオーステナイト相分率が得がたくなるので23%以下とする。なお、Crは17%以上、22%以下が好適である。
＜Mo：4%以下＞
Moは耐食性を高める元素であり、必要に応じて含有させることができる。しかしながら、Moを4%を超えて含有させるとσ相などが析出しやすくなり加工性に悪影響をおよぼすので4%以下とした。なお、Moは2.5%以下が好適である。他方、Mo添加の明確な効果を得るには0.2%以上とするのが好適である。
＜Ni：3.0%以下＞
Niは強いオーステナイト相生成元素であり、本発明に必要な金属組織を得るために、必要に応じて含有させる。しかしながら、経済的観点および、Ni量が3%を超えると延性と耐応力腐食割れ性が低下するため上限を3.0%とする。
なお、耐応力腐食割れ性の観点から、Ni含有量は1.8%以下がさらに好ましい。また、耐隙間腐食性をより向上させたい場合は、0.2%以上とするのが好ましく、さらには、1.0%以上が好適である。
＜Cu：2%以下＞
Cuはオーステナイト生成元素であり、本発明に必要な金属組織を得るために、必要に応じて含有させることができる。しかしながら、2%を超える含有により、フェライト相中にCuが析出し耐食性に悪影響をおよぼすので2%以下とする。なお、Cuは1%以下が好適である。他方、Cu添加の明確な効果を得るには0.2%以上とするのが好適である。
Niは強いオーステナイト相生成元素であり、本発明に必要な金属組織を得るために、必要に応じて含有させる。しかしながら、経済的観点および、Ni量が3%を超えると延性と耐応力腐食割れ性が低下するため上限を3.0%とする。
なお、耐応力腐食割れ性の観点から、Ni含有量は1.8%以下がさらに好ましい。また、耐隙間腐食性をより向上させたい場合は、0.2%以上とするのが好ましく、さらには、1.0%以上が好適である。
＜Cu：2%以下＞
Cuはオーステナイト生成元素であり、本発明に必要な金属組織を得るために、必要に応じて含有させることができる。しかしながら、2%を超える含有により、フェライト相中にCuが析出し耐食性に悪影響をおよぼすので2%以下とする。なお、Cuは1%以下が好適である。他方、Cu添加の明確な効果を得るには0.2%以上とするのが好適である。
＜N：0.05%以上0.3%以下＞
Nはオーステナイト生成元素であり、強度を高める元素である。本発明に必要なオーステナイト相分率を確保するとともに、SUS304Lを超える強度を達成するため、Nの含有量は0.05%以上必要である。一方、Nの過剰含有により鋳片にブローホールが形成されやすくなるので上限は0.3%以下とする。なお、Nは0.1%以上、0.2%以下が好適である。さらには、Nは0.13%以上、0.17%以下がより好適である。
Nはオーステナイト生成元素であり、強度を高める元素である。本発明に必要なオーステナイト相分率を確保するとともに、SUS304Lを超える強度を達成するため、Nの含有量は0.05%以上必要である。一方、Nの過剰含有により鋳片にブローホールが形成されやすくなるので上限は0.3%以下とする。なお、Nは0.1%以上、0.2%以下が好適である。さらには、Nは0.13%以上、0.17%以下がより好適である。
＜Cr当量、Ni当量の範囲＞
本発明の燃料タンク用オーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼は、Cr当量、Ni当量が下記(1)式、(2)式の範囲内である。
9≦Cr当量−Ni当量≦14 …(1)式
27≦Cr当量＋Ni当量≦32 …(2)式
図１は、上記(1)式、(2)式の満たすべき範囲をグラフ上に示したものであり、縦軸がNi当量、横軸がCr当量を示している。図１のグラフにおいて、直線ＡＢは9＝Cr当量−Ni当量を、直線ＤＣはCr当量−Ni当量＝14を、直線ＡＤは27＝Cr当量＋Ni当量を、直線ＢＣはCr当量＋Ni当量＝32をそれぞれ表している。
したがって、(1)式及び(2)式を満たす範囲は、図１において斜線で示した正方形ＡＢＣＤの範囲である。
以下、本発明において、Cr当量、Ni当量を上記の範囲に限定した理由を説明する。
本発明の燃料タンク用オーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼は、Cr当量、Ni当量が下記(1)式、(2)式の範囲内である。
9≦Cr当量−Ni当量≦14 …(1)式
27≦Cr当量＋Ni当量≦32 …(2)式
図１は、上記(1)式、(2)式の満たすべき範囲をグラフ上に示したものであり、縦軸がNi当量、横軸がCr当量を示している。図１のグラフにおいて、直線ＡＢは9＝Cr当量−Ni当量を、直線ＤＣはCr当量−Ni当量＝14を、直線ＡＤは27＝Cr当量＋Ni当量を、直線ＢＣはCr当量＋Ni当量＝32をそれぞれ表している。
したがって、(1)式及び(2)式を満たす範囲は、図１において斜線で示した正方形ＡＢＣＤの範囲である。
以下、本発明において、Cr当量、Ni当量を上記の範囲に限定した理由を説明する。
［9≦Cr当量−Ni当量≦14］
ただし、Cr当量=1.5[Si]+[Cr]+[Mo]+2[Ti]+0.5[Nb]
Ni当量=30[C]+30[N]+0.5[Mn]+[Ni]+0.5[Cu]+0.5[Co]
なお、[元素記号]は[]内の元素の含有量（単位：質量％）を示す。
Cr当量は鋼中でのフェライト相生成能を示す指標であり、Ni当量は鋼中でのオーステナイト相生成能を示す指標である。よって、Cr当量−Ni当量の値は、オーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼中でのフェライト相の分率を示す指標である。
ただし、Cr当量=1.5[Si]+[Cr]+[Mo]+2[Ti]+0.5[Nb]
Ni当量=30[C]+30[N]+0.5[Mn]+[Ni]+0.5[Cu]+0.5[Co]
なお、[元素記号]は[]内の元素の含有量（単位：質量％）を示す。
Cr当量は鋼中でのフェライト相生成能を示す指標であり、Ni当量は鋼中でのオーステナイト相生成能を示す指標である。よって、Cr当量−Ni当量の値は、オーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼中でのフェライト相の分率を示す指標である。
Cr当量−Ni当量が9未満の場合、オーステナイト生成元素のNiやNを必要以上に含有させねばならなくなるが、Niの過剰含有は経済的観点から好ましくなく、Nの過剰含有はブローホール発生の点から好ましくない。
また、鋼中のフェライト相分率が必要とされる率よりも少なくなるため、応力腐食割れ性が劣化する。このような理由からCr当量−Ni当量は9以上としているが、11以上がより好適である。
他方、Cr当量−Ni当量が14を超える場合、鋼中のフェライト相分率が必要とされる率を超えて増加するため好ましい延性が得られなくなる。
また、鋼中のフェライト相分率が必要とされる率よりも少なくなるため、応力腐食割れ性が劣化する。このような理由からCr当量−Ni当量は9以上としているが、11以上がより好適である。
他方、Cr当量−Ni当量が14を超える場合、鋼中のフェライト相分率が必要とされる率を超えて増加するため好ましい延性が得られなくなる。
［27≦Cr当量＋Ni当量≦32］
ただし、Cr当量=1.5[Si]+[Cr]+[Mo]+2[Ti]+0.5[Nb]
Ni当量=30[C]+30[N]+0.5[Mn]+[Ni]+0.5[Cu]+0.5[Co]
なお、[元素記号]は[]内の元素の含有量（単位：質量％）を示す。
Cr当量＋Ni当量の値はオーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼中のオーステナイト相の安定度を示す指標であり、Cr当量＋Ni当量の値が高いと安定度は増加し、Cr当量＋Ni当量の値が低いと安定度は低下する。省Ni型のオーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼では、オーステナイト相の安定度の最適化により著しく延性が向上する。
ただし、Cr当量=1.5[Si]+[Cr]+[Mo]+2[Ti]+0.5[Nb]
Ni当量=30[C]+30[N]+0.5[Mn]+[Ni]+0.5[Cu]+0.5[Co]
なお、[元素記号]は[]内の元素の含有量（単位：質量％）を示す。
Cr当量＋Ni当量の値はオーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼中のオーステナイト相の安定度を示す指標であり、Cr当量＋Ni当量の値が高いと安定度は増加し、Cr当量＋Ni当量の値が低いと安定度は低下する。省Ni型のオーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼では、オーステナイト相の安定度の最適化により著しく延性が向上する。
Cr当量＋Ni当量が27未満の場合、鋼中のオーステナイト相の安定度が低く加工時の変形初期にオーステナイト相の多くがマルテンサイト相に変態してしまうため、鋼は急激に硬化し高い延性が得られない。このような理由からCr当量＋Ni当量は27以上としているが、28以上がより好適である。
一方、Cr当量＋Ni当量が32を超える場合、鋼中のオーステナイト相の安定度が高く加工時にオーステナイト相がマルテンサイト変態しづらいためやはり高い延性が得られない。
Cr当量＋Ni当量が27以上32以下のときには、加工時に変形の著しい部位で適度にオーステナイト相がマルテンサイト変態し、ネッキングなどの局部変形が抑制されるため著しく高い延性が得られる。
一方、Cr当量＋Ni当量が32を超える場合、鋼中のオーステナイト相の安定度が高く加工時にオーステナイト相がマルテンサイト変態しづらいためやはり高い延性が得られない。
Cr当量＋Ni当量が27以上32以下のときには、加工時に変形の著しい部位で適度にオーステナイト相がマルテンサイト変態し、ネッキングなどの局部変形が抑制されるため著しく高い延性が得られる。
なお、上記の実施の形態で示した成分に加えて、Nbを、強度を高める任意成分として添加することができる。ただし、Nbが1.0%を超えると破断伸びが低下するので、Nbは1.0%以下とし、好ましくは0.6%以下とする。他方、強度を高めるという明確な効果を得るためには、0.05%以上とするのが好適である。
また、Vは鋼板の組織を微細化し、強度を高めるので任意成分として添加できる。ただし、0.5%を超えると、高温の焼鈍をしてもV析出物を減じることが困難であり、破断伸びが劣化するので、V量は0.5%以下に制限する。好ましくは0.2%以下とする。
他方、V添加の明確な効果を得るには0.05%以上とするのが好適である。
他方、V添加の明確な効果を得るには0.05%以上とするのが好適である。
また、Alは強力な脱酸材であり、任意成分として添加できる。ただし0.1%を超えると、窒化物を形成し、鋼表面の疵の原因となるので、0.1%以下とする。好ましくは、0.05%以下とする。
他方、Al添加の明確な効果を得るには0.01%以上が好適である。
他方、Al添加の明確な効果を得るには0.01%以上が好適である。
また、Bは熱間加工性を向上させる任意成分として添加できる。しかしながら0.01%を超える添加は耐食性を劣化させるので、0.01%以下とする。好ましくは、0.005%以下とする。
他方、B添加の明確な効果を得るには0.0003%以上が好適である。
他方、B添加の明確な効果を得るには0.0003%以上が好適である。
また、Caは熱間加工性を向上させる任意成分として添加できる。しかしながら0.01%を超える添加は耐食性を劣化させるので、0.01%以下とする。好ましくは、0.005%以下とする。
他方、Ca添加の明確な効果を得るには0.0003%以上が好適である。
他方、Ca添加の明確な効果を得るには0.0003%以上が好適である。
また、Mgは熱間加工性を向上させる任意成分として添加できる。しかしながら0.01%を超える添加は耐食性を劣化させるので、0.01%以下とする。好ましくは、0.005%以下とする。
他方、Mg添加の明確な効果を得るには0.0003%以上が好適である。
他方、Mg添加の明確な効果を得るには0.0003%以上が好適である。
また、REMは熱間加工性を向上させる任意成分として添加できる。しかしながら0.1%を超える添加は耐食性を劣化させるので、0.1%以下とする。好ましくは、0.05%以下とする。
他方、明確な効果を得るには0.01%以上が好適である。
他方、明確な効果を得るには0.01%以上が好適である。
また、Tiは熱間加工性を向上させる任意成分として添加できる。しかしながら0.3%を超える添加は窒化物を形成し、鋼表面の疵の原因になるので、0.3%以下とする。好ましくは、0.1%以下とする。
他方、Ti添加の明確な効果を得るには0.01%以上が好適である。
他方、Ti添加の明確な効果を得るには0.01%以上が好適である。
表１に示す記号1〜24の鋼を溶製し、熱延、熱延板焼鈍、冷延、冷延板焼鈍により0.8mm厚の冷延焼鈍板を作製した。冷延板焼鈍の条件は1050℃、1min保持、空冷である。
表１の記号1〜24のうち、記号1〜19が本発明例で、記号20〜24が比較例である。また、比較例として、0.8mm厚の市販のSUS304LおよびSUS436Lの冷延焼鈍板も準備した。
なお、表１における比較例において、本発明の数値範囲から外れる部分の欄には色を着けている。
表１の記号1〜24のうち、記号1〜19が本発明例で、記号20〜24が比較例である。また、比較例として、0.8mm厚の市販のSUS304LおよびSUS436Lの冷延焼鈍板も準備した。
なお、表１における比較例において、本発明の数値範囲から外れる部分の欄には色を着けている。
上記の試験片に対して以下に示す試験を行った。
＜組織観察＞
断面全厚を露出したサンプルを作製し、研磨後、赤血塩溶液によりエッチングしフェライト相分率を測定した。
＜引張試験＞
長手方向が圧延方向に平行になるように採取した、JIS13号B試験片を用いて、標点間距離50mm、クロスヘッド速度10mm/minの条件で引張試験を行い、引張強度と破断伸びを測定した。
＜最大隙間腐食測定＞
各鋼種より60mm×80mm（下板サンプル）と30mm×40mm（上板サンプル）を採取し、それぞれ真中にボルト穴を開け、ボルトおよびナットで上板サンプルと下板サンプルを密着させた隙間形状試験体を作製した。これらの試験体を塩水を用いた複合サイクル腐食試験（自動車技術会規格JASO M 610-92、50サイクル）に供し、完了後、試験体を解体し、硝酸にて錆落とし後隙間部の最大侵食深さを測定した。
＜組織観察＞
断面全厚を露出したサンプルを作製し、研磨後、赤血塩溶液によりエッチングしフェライト相分率を測定した。
＜引張試験＞
長手方向が圧延方向に平行になるように採取した、JIS13号B試験片を用いて、標点間距離50mm、クロスヘッド速度10mm/minの条件で引張試験を行い、引張強度と破断伸びを測定した。
＜最大隙間腐食測定＞
各鋼種より60mm×80mm（下板サンプル）と30mm×40mm（上板サンプル）を採取し、それぞれ真中にボルト穴を開け、ボルトおよびナットで上板サンプルと下板サンプルを密着させた隙間形状試験体を作製した。これらの試験体を塩水を用いた複合サイクル腐食試験（自動車技術会規格JASO M 610-92、50サイクル）に供し、完了後、試験体を解体し、硝酸にて錆落とし後隙間部の最大侵食深さを測定した。
＜耐応力腐食割れ試験(i)＞
15mm×75mmの短冊状の試験片よりU曲げ試験片を作製し、30%CaCl2溶液（80℃）に4週間浸付けした。完了後表面の応力腐食割れ有無を判定した。
＜耐応力腐食割れ試験(ii)＞
15mm×75mmの短冊状の試験片よりU曲げ試験片を作製し、42%MgCl2溶液（143℃）に6時間浸付けした。完了後表面の応力腐食割れ有無を判定した。
特性評価結果を表2に示す。
15mm×75mmの短冊状の試験片よりU曲げ試験片を作製し、30%CaCl2溶液（80℃）に4週間浸付けした。完了後表面の応力腐食割れ有無を判定した。
＜耐応力腐食割れ試験(ii)＞
15mm×75mmの短冊状の試験片よりU曲げ試験片を作製し、42%MgCl2溶液（143℃）に6時間浸付けした。完了後表面の応力腐食割れ有無を判定した。
特性評価結果を表2に示す。
まず、比較例について検証する。
＜記号20＞
［Cr当量+Ni当量］が本発明範囲よりも大きい記号20の比較例では、Ｌ方向破断伸びが30%と小さく、高い延性が得られていない。
＜記号21＞
［Cr当量+Ni当量］が本発明範囲よりも小さい記号21の比較例の場合も、Ｌ方向破断伸びが20%と小さく、高い延性が得られていない。また、記号21では最大隙間腐食深さが81μｍと非常に深くなっている。
＜記号20＞
［Cr当量+Ni当量］が本発明範囲よりも大きい記号20の比較例では、Ｌ方向破断伸びが30%と小さく、高い延性が得られていない。
＜記号21＞
［Cr当量+Ni当量］が本発明範囲よりも小さい記号21の比較例の場合も、Ｌ方向破断伸びが20%と小さく、高い延性が得られていない。また、記号21では最大隙間腐食深さが81μｍと非常に深くなっている。
＜記号22＞
［Cr当量-Ni当量］が本発明範囲よりも大きい記号22の比較例では、Ｌ方向破断伸びが32%と小さく、引張強度も610MPaと小さく、高い延性が得られていない。
＜記号23＞
［Cr当量-Ni当量］が本発明範囲よりも小さい記号23の比較例では、耐応力腐食割れ性が劣る。
＜記号24＞
Ni含有率が本発明範囲よりも大きい記号24の比較例では、Ｌ方向破断伸びが31%と小さく、引張強度も683MPaと小さく、高い延性が得られておらず、また耐応力腐食割れが発生している。
［Cr当量-Ni当量］が本発明範囲よりも大きい記号22の比較例では、Ｌ方向破断伸びが32%と小さく、引張強度も610MPaと小さく、高い延性が得られていない。
＜記号23＞
［Cr当量-Ni当量］が本発明範囲よりも小さい記号23の比較例では、耐応力腐食割れ性が劣る。
＜記号24＞
Ni含有率が本発明範囲よりも大きい記号24の比較例では、Ｌ方向破断伸びが31%と小さく、引張強度も683MPaと小さく、高い延性が得られておらず、また耐応力腐食割れが発生している。
＜SUS304L＞
Mnの含有量が本発明範囲よりも少なく、Ni含有量が本発明範囲よりも大きいSUS304Lは、引張強度が583MPaと小さく、また耐応力腐食割れが発生している。
＜SUS436L＞
Mnの含有量が本発明範囲よりも少なく、［Cr当量-Ni当量］が本発明範囲よりも大きいSUS436Lは、Ｌ方向破断伸びが30%と小さく、引張強度も485MPaと小さく、さらに最大腐食深さが97μｍと深くなっている。
Mnの含有量が本発明範囲よりも少なく、Ni含有量が本発明範囲よりも大きいSUS304Lは、引張強度が583MPaと小さく、また耐応力腐食割れが発生している。
＜SUS436L＞
Mnの含有量が本発明範囲よりも少なく、［Cr当量-Ni当量］が本発明範囲よりも大きいSUS436Lは、Ｌ方向破断伸びが30%と小さく、引張強度も485MPaと小さく、さらに最大腐食深さが97μｍと深くなっている。
上記の比較例に対して、本発明例である記号1〜19は、フェライト相分率はいずれも30〜70%の範囲である。引張強度はSUS304LやSUS436Lにくらべて100MPa以上高く、いずれも700MPa以上である。さらに、破断伸びはいずれも48%以上であり、SUS436Lに比べて遥かに高く、SUS304Lと同等水準あるいはそれ以上である。
最大隙間腐食深さは、いずれも50μｍ以下であり、SUS436Lよりもはるかに優れており、SUS304Lと同等以上の耐隙間腐食性を有していることが実証された。
また、応力腐食割れ試験の結果、記号1〜19は応力腐食割れ試験(i)で応力腐食割れが発生せずSUS304Lよりも優れていることが実証された。さらに条件の厳しい応力腐食割れ試験(ii)でも、Niが1.8%以下の二相ステンレス鋼(記号4、6〜19)は割れが発生せず耐応力腐食割れ性がいっそう優れることが実証された。
最大隙間腐食深さは、いずれも50μｍ以下であり、SUS436Lよりもはるかに優れており、SUS304Lと同等以上の耐隙間腐食性を有していることが実証された。
また、応力腐食割れ試験の結果、記号1〜19は応力腐食割れ試験(i)で応力腐食割れが発生せずSUS304Lよりも優れていることが実証された。さらに条件の厳しい応力腐食割れ試験(ii)でも、Niが1.8%以下の二相ステンレス鋼(記号4、6〜19)は割れが発生せず耐応力腐食割れ性がいっそう優れることが実証された。
以上のように、本発明のオーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼は、SUS304Lと同等の延性と耐隙間腐食性を有し、なおかつSUS304Lよりも省Niで、さらにSUS304Lよりも高強度であり、燃料タンク用素材としての適正に優れている。
つまり、本発明のオーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼は従来の燃料タンク用素材よりも高強度であるため燃料タンクの軽量化に寄与するところ大であり、延性が高いため複雑な形状の成型も可能である。また、耐食性にも優れている。さらに、省Niであることからコストを低減できる。
また、ガソリン燃料のみならず、アルコール燃料やバイオ燃料に対する耐性も高く、燃料タンク用素材として好適である。
つまり、本発明のオーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼は従来の燃料タンク用素材よりも高強度であるため燃料タンクの軽量化に寄与するところ大であり、延性が高いため複雑な形状の成型も可能である。また、耐食性にも優れている。さらに、省Niであることからコストを低減できる。
また、ガソリン燃料のみならず、アルコール燃料やバイオ燃料に対する耐性も高く、燃料タンク用素材として好適である。
Claims (6)
- 質量％にて、C：0.05%以下、Si：1%以下、Mn：2%以上8％以下、P：0.1%以下、S：0.02%以下、Cr：15%以上23%以下、Mo：4%以下、Ni：3.0%以下、Cu：2%以下、N：0.05%以上0.3%以下、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、Cr当量、Ni当量が次の(1)式かつ(2)式の範囲内であることを特徴とする燃料タンク用オーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼。
9≦Cr当量−Ni当量≦14 …(1)式
27≦Cr当量＋Ni当量≦32 …(2)式
ただし、Cr当量=1.5[Si]+[Cr]+[Mo]+2[Ti]+0.5[Nb]
Ni当量=30[C]+30[N]+0.5[Mn]+[Ni]+0.5[Cu]+0.5[Co]
なお、[元素記号]は[]内の元素の含有量（単位：質量％）を示す。 - 質量％にて、Ni：1.8％以下であることを特徴とする請求項１記載の燃料タンク用オーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼。
- 質量％にて、Nb：1.0%以下を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料タンク用オーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼。
- 質量％にて、V：0.5%以下を含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料タンク用オーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼。
- 質量％にて、Al：0.1%以下を含有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃料タンク用オーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼。
- 質量％にて、B：0.01%以下、Ca：0.01%以下、Mg：0.01%以下、REM：0.1%以下、Ti：0.3%以下のいずれか１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の燃料タンク用オーステナイト・フェライト系二相ステンレス鋼。
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