JP2689208B2

JP2689208B2 - 湿潤耐食性および加工性の優れた内燃機関排気系用鋼

Info

Publication number: JP2689208B2
Application number: JP4331652A
Authority: JP
Inventors: 謙治加藤; 明博宮坂
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-12-11
Filing date: 1992-12-11
Publication date: 1997-12-10
Anticipated expiration: 2012-12-10
Also published as: JPH06179949A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は耐食性および加工性の優
れた鋼に係り、さらに詳しくは、例えば自動車や船舶等
の内燃機関の排気系統において優れた耐食性を有し、部
品として加工するに際して必要な加工性に優れた鋼に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車を中心とする内燃機関の排
気系統には、内面あるいは外面からの腐食を抑制するた
めに普通鋼にアルミニウムメッキや亜鉛メッキを施した
鋼が使用されてきた。環境汚染を抑制するために排気ガ
ス浄化の目的で触媒等が排気系統に具備されたために、
こうしたメッキ鋼材では耐食性が充分ではなくなり、鋼
素地の耐食性向上を目的として５〜１０％のＣｒを含有
させた鋼が、特開昭６３−１４３２４０号公報や特開昭
６３−１４３２４１号公報で提案されている。しかし、
近年の車両の使用期間および保証期間の延長に伴なっ
て、さらにＣｒを１８％程度まで含有させ、あるいはさ
らにＭｏを添加した高級ステンレス鋼が排気系統に多く
使用されている。しかし、このような高級ステンレス鋼
であっても孔食状の局部腐食が発生する場合があるな
ど、耐食性は必ずしも充分ではない。また、こうした高
級ステンレス鋼はＣｒやＭｏを多量に含有するために加
工性が悪く、排気系部材のような複雑な形状を形成する
ためには、製造に非常な困難を伴い、製造工程が著しく
複雑になるために加工コストも高くなるという難点があ
る。あるいは形状によっては適用出来ない場合がある。
かつ、素材コストも高い。

【０００３】上記の排気系統を代表として、一般にＣｒ
をある程度含有する鋼では環境が厳しくなると局部腐食
が発生し易く、これに対する手段として腐食に対する抵
抗を向上させるためには、さらにＣｒあるいはＭｏの含
有量を増加させるのが極めて一般的な技術手段であっ
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこうした現状
に鑑みて、内燃機関の排気系統などの腐食環境に対する
抵抗が大きく、加工性に優れ、かつ低コストの鋼を提供
することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の目的
を達成するために、排気系統をはじめとする腐食環境に
おいて優れた耐食性を有する鋼を開発すべく、種々の観
点から検討してきた。まず、本発明者らは排気系統の腐
食環境について検討し、内燃機関排気系統の腐食は排気
ガス中に含まれる塩化物、硫酸イオン等が８０〜１５０
℃に加熱された環境において起こることを見出した。さ
らに、該腐食環境において耐食性を向上させる手段を種
々検討した結果、従来のステンレス鋼とは全く逆に、Ｃ
ｒを５．５〜９．９％に低減し、Ａｌを０．３〜３．０
％添加した鋼が排気系統をはじめとする腐食環境で非常
に優れた耐食性を示すことを見出した。さらに本発明者
らはより優れた鋼を提供すべく検討を続けた結果、Ｃｒ
を５．５〜９．９％、Ａｌを０．３〜３．０％含有する
鋼のＣおよびＮを低減した上で、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚ
ｒ、Ｔａ、Ｈｆを特定の条件を満足するように添加する
と耐食性の改善と加工性の向上に効果があること、脱酸
および強化元素としてはＳｉおよびＭｎが適切であるこ
と、上記の鋼にＣｕ、Ｍｏ、Ｓｂ、Ｎｉを単独あるいは
組み合わせて添加するとより優れた耐食性が得られるこ
とを見出した。

【０００６】本発明は主に上記の知見に基づいてなされ
たものであり、本発明の第１発明が要旨とするところ
は、重量％で、Ｓｉ：０．０１％以上１．２％未満、Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ｃｒ：５．５〜９．９％、Ａｌ：０．３〜３．０％を含
有し、Ｃを０．０２％以下、Ｐを０．０３％以下、Ｓを
０．０１％以下、Ｎを０．０２％以下に低減し、Ｎｂ、
Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆの中から選ばれる１種ある
いは２種以上の元素の含有量の合計で０．０１〜０．５
％含有し、かつ次式を満足し、

【０００７】

【数２】

【０００８】残部Ｆｅおよび不可避不純物からなること
を特徴とする湿潤耐食性および加工性の優れた内燃機関
排気系用鋼。

【０００９】第２発明が要旨とするところは、第１発明
の鋼に付加成分としてさらに、重量％で、Ｃｕ：０．９０〜３．０％、Ｍｏ：０．０５〜２．０％、Ｓｂ：０．０１〜０．５％、Ｎｉ：０．０１〜２．０％の１種または２種以上を含有する鋼にある。

【００１０】第３発明が要旨とするところは、第１発明
あるいは第２発明の鋼に付加成分としてさらに、重量％
で、希土類元素：０．００１〜０．１％、Ｃａ：０．００
０５〜０．０３％の１種または２種を含有する鋼にある。

【００１１】

【作用】以下に本発明において各成分の範囲を限定した
理由を述べる。Ｓｉ：ＳｉはＣｒを５．５％以上含有する鋼に脱酸剤
および強化元素としての添加が有効であるが、含有量が
０．０１％未満ではその脱酸効果が充分ではなく、１．
２％以上を含有するともはやその効果は飽和している上
に加工性を低下させるので、含有量範囲を０．０１％以
上１．２％未満に限定する。

【００１２】Ｍｎ：Ｍｎは鋼の脱酸剤として必要で
０．１％以上を含有させる必要があるが、１．５％を超
えて含有させてもその効果はもはや飽和しているばかり
か、過剰にＭｎを含有させると加工性が低下するので上
限含有量は１．５％とする。Ｃｒ：Ｃｒは耐食性を確保するために５．５％以上を
含有させることが必要であるが、９．９％を超えて含有
させてもいたずらにコストを増すばかりか、加工性が低
下するので上限含有量は９．９％とする。

【００１３】Ａｌ：Ａｌは本発明において耐食性を確
保するためにＣｒと並んで重要な元素であって、前述の
通りＡｌの含有量が０．３％未満では孔食の発生を抑制
する効果が充分ではなく、一方、３．０％を超えて添加
するとその効果は飽和するのに対して加工性を低下させ
るものであるから、Ａｌの含有量は０．３〜３．０％に
限定する。

【００１４】Ｃ、Ｎ：ＣおよびＮは鋼板の加工性を低
下させる上に、ＣはＣｒと炭化物を生成して耐食性を低
下させるので、またＮは靱性を低下させるので、Ｃおよ
びＮ量は少ない方が望ましく、上限含有量は、いずれも
０．０２％とし、いずれも少ないほど好ましい。Ｐ：Ｐは多量に存在すると靱性を低下させるので少な
い方が望ましく、上限含有量は０．０３％とする。

【００１５】Ｓ：Ｓも多量に存在すると耐孔食性を低
下させるので少ない方が望ましく、上限含有量は０．０
１％とする。Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ：Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、
Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆは高Ｃｒ鋼中のＣおよびＮを炭化物も
しくは窒化物として固定することによって耐食性の向上
や加工性の改善に顕著な効果があり、各元素単独の添加
あるいは２種以上の元素を複合して添加することができ
るが、単独での添加量あるいは複合添加での添加量の合
計が０．０１％未満では効果がなく、０．５％を超えて
添加するといたずらにコストを上昇させると共に圧延疵
等の原因ともなるので上限含有量は０．５％とする。か
つ、加工性を有効に改善するためには、Ｎｂ、Ｖ、Ｔ
ｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆの添加量の合計が次式を満足する
ことが必要である。

【００１６】

【数３】

【００１７】以上が本発明が対象とする耐食性および加
工性に優れた鋼の基本的成分であるが、本発明において
は必要に応じてさらに以下の元素を添加して特性を一段
と向上させた鋼も対象としている。

【００１８】Ｃｕ：ＣｕはＣｒを５．５％以上含有
し、Ａｌを０．３％以上含有する鋼に０．０５％以上添
加すると全面腐食に対する抵抗を向上させる効果がある
が、３．０％を超えて添加しても効果が飽和するばかり
か熱間加工性を低下させるので上限含有量は３．０％と
する。Ｍｏ：ＭｏはＣｒを５．５％以上含有し、Ａｌを０．
３％以上含有する鋼に０．０５％以上添加すると孔食の
発生と成長を抑制する効果があるが、２．０％を超えて
添加しても効果が飽和するばかりか加工性を低下させる
ので上限含有量は２．０％とする。

【００１９】Ｓｂ：ＳｂもＣｒを５．５％以上含有
し、Ａｌを０．３％以上含有する鋼に０．０１％以上添
加すると孔食および全面腐食に対する抵抗を向上させる
効果があるが、０．５％を超えて添加すると熱間加工性
を低下させるので上限含有量は０．５％とする。Ｎｉ：ＮｉはＣｒを５．５％以上含有し、Ａｌを０．
３％以上含有する鋼に０．０１％以上添加すると孔食を
抑制する効果があるが、２．０％を超えて添加しても効
果が飽和するばかりか熱間加工性を低下させるので上限
含有量は２．０％とする。

【００２０】希土類元素（ＲＥＭ）、Ｃａ：希土類元
素およびＣａは熱間加工性の向上と耐孔食性の改善に効
果のある元素であるが、添加量が希土類元素では０．０
０１％未満、Ｃａでは０．０００５％未満ではその効果
が充分ではなく、希土類元素では０．１％を超えて、Ｃ
ａでは０．０３％を超えて添加すると、それぞれ粗大な
非金属介在物を生成して逆に熱間加工性や耐孔食性を劣
化させるので、上限含有量は希土類元素では０．１％、
Ｃａでは０．０３％とした。なお、本発明において希土
類元素とは原子番号が５７〜７１番および８９〜１０３
番の元素およびＹを指す。

【００２１】本発明において提案する鋼は、内燃機関の
排気系統に使用するに際して、まず鋼板として製造した
後にそれをプレス等で所定の形状に成形し、さらに加工
・溶接して製品として製造しても良いし、鋼板を、例え
ば電縫鋼管等としてまず鋼管の形状にした後に２次加工
および溶接等によって製品に使用しても良く、その他の
プロセスも含めて本発明で限定する組成および元素の組
み合わせを有する鋼は、いずれも本発明の対象とすると
ころであって、コストや既存製造設備の制約等によって
最適な製品製造工程を選択することができ、どの製造工
程を選択したとしてもそれをもって本発明の範囲を逸脱
するものではない。また、本発明において提案する鋼は
内燃機関の排気系統の他、塩化物や硫酸イオン等を含有
する水溶液が高温に曝されたり、加熱・冷却が繰り返さ
れる環境等、種々の腐食環境に適用することができる。

【００２２】

【実施例】以下に本発明の実施例について説明する。表
１、表２（表１のつづき−１）、表３（表１のつづき−
２）、表４（表１のつづき−３）に成分を示す鋼を溶製
し、熱延、冷延等の通常の鋼板製造工程によって肉厚１
ｍｍの鋼板とし、８５０℃にて焼鈍を施した。次にこれ
らの鋼板から幅５０ｍｍ、長さ７０ｍｍの試験片を採取
して、腐食試験に供した。腐食試験は、硫酸イオン１０
０ｐｐｍ、塩化物イオン１００ｐｐｍ、重炭酸イオン５
００ｐｐｍをアンモニウム塩の形で添加した水溶液５０
ｃｍ³中に試験片を半分まで浸漬し、試験容器ごと１３
０℃の雰囲気に保持して試験溶液が完全に蒸発・揮散す
ることを２０回繰り返す試験とした。これは自動車排気
系の腐食条件を模擬したものである。表２および表４に
示す腐食試験の結果で、◎は最大腐食深さが０．１５ｍ
ｍ以下、○は０．２ｍｍ以下、×は０．２ｍｍ超であっ
たことをそれぞれ示している。また加工性の評価として
は絞り比１．８の円筒絞り試験を行って割れの有無で判
定した。試験結果を表２、表４に併せて示した。表２、
表４の加工性において、は円筒絞り試験が良好であった
こと示し、×は円筒絞り試験で割れが生じたことを示し
ている。

【００２３】表２、表４から明らかなように、本発明例
であるＮｏ．１〜３７は排気環境という非常に厳しい腐
食環境であっても良好な耐食性を示し、加工性も優れて
いるのに対して、比較例であるＮｏ．３８〜４９は耐食
性と加工性に劣ることがわかる。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】

【表３】

【００２７】

【表４】

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明は自動車等の
内燃機関の排気系統での耐食性に優れ、かつ加工性にも
優れた鋼を低コストで提供することを可能としたもので
あり、産業の発展に貢献するところ極めて大である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｓｉ：０．０１％以上１．２％未満、Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ｃｒ：５．５〜９．９％、Ａｌ：０．３〜３．０％を含有し、Ｃを０．０２％以下、Ｐを０．０３％以下、Ｓを０．０１％以下、Ｎを０．０２％以下に低減し、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆの中から選ばれる１
種あるいは２種以上の元素の含有量の合計で０．０１〜
０．５％含有し、かつ次式を満足し、【数１】残部Ｆｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする
湿潤耐食性および加工性の優れた内燃機関排気系用鋼。
【請求項２】付加成分としてさらに、重量％で、Ｃｕ：０．９０〜３．０％、Ｍｏ：０．０５〜２．０％、Ｓｂ：０．０１〜０．５％、Ｎｉ：０．０１〜２．０％の１種または２種以上を含有する請求項１記載の湿潤耐
食性および加工性の優れた内燃機関排気系用鋼。
【請求項３】付加成分としてさらに、重量％で、希土類元素：０．００１〜０．１％、Ｃａ：０．０００５〜０．０３％の１種または２種を含有する請求項１または２記載の湿
潤耐食性および加工性の優れた優れた内燃機関排気系用
鋼。