JP3174196B2

JP3174196B2 - 耐食性の優れた鋼

Info

Publication number: JP3174196B2
Application number: JP09064093A
Authority: JP
Inventors: 藤謙治加; 坂明博宮
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-03-25
Filing date: 1993-03-25
Publication date: 2001-06-11
Anticipated expiration: 2016-06-11
Also published as: JPH06280048A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐食性の優れた鋼に関
するものであり、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や乾湿を繰り返す環境のように
厳しい腐食環境において、優れた耐食性を有する鋼に関
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るようになる
と、これらの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
を含有した鋼が、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。

【０００３】近年、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に成形す
るためには、製造に非常な困難を伴う。製造工程が著し
く複雑になるため加工コストも高くなり、また素材コス
トも高い。

【０００４】これらの排気系統を代表として、一般にＣ
ｒ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的手段であ
った。また、ＣｒおよびＭｏを用いて耐食性を保有させ
る場合、排気ガス環境に対しては充分な耐食性を有する
場合でも、米国やカナダの寒冷地のように、冬季に道路
路面の凍結を防止する目的で多量の塩を散布する場合に
は、塩分によって外面から排気系部材が侵食されること
も問題となっている。

【０００５】

【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、また外面からの塩害腐食や乾湿繰り返
し環境での腐食に対する抵抗が強く、かつ低コストの鋼
を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の目
的を達成すべく、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、本発明者等は、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。

【０００７】さらに、本発明者等は、より優れた鋼を得
るために検討を続けた結果、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
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。一方、本発明者らは、塩害腐食や塩水の乾
湿繰り返しに対する抵抗を一段と高めた鋼材を得る手段
についても検討した結果、Ｃｒを５．５〜９．９％含有
し、Ａｌを０．３％以上含有する鋼を基材として、その
表面に、水溶液環境における電位が基材よりも卑なる金
属の層を形成すると、特に優れた耐塩害腐食性が得られ
ることをも見出した。さらに、本発明者等は、検討を続
け、水溶液環境における電位が基材よりも卑である金属
として、アルミニウム、アルミニウムを主体とする合
金、亜鉛、亜鉛を主体とする合金、クロム、クロムを主
体とする合金、マンガンおよびマンガンを主体とする合
金、が本発明の目的に適する金属であることをも見出し
た。

【０００８】本発明は、上記の知見に基づいてなされた
ものであり、下記の事項を要旨としている。重量％
で、Ｓｉ０．０１％以上、１．２％未満、Ｍｎ０．
０２〜２．０％、Ｃｒ５．５〜９．９％および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％以下およびＮを０．０
２％以下に低減し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からな
る鋼を基材として、少なくとも外面に曝される側の上面
に、水溶液環境における電位が基材よりも卑である金属
の層を０．５〜５０μｍ厚さに形成せしめたことを特徴
とする耐食性の優れた鋼。上記の鋼において、基
材が付加成分としてさらに、重量％で、Ｍｏ０．０５
〜３．０％、Ｗ０．０５〜３．０％、Ｓｂ０．０１
〜０．５％およびＮｉ０．０１〜２．０％の１種また
は２種以上を含有する鋼。上記又はの鋼におい
て、基材が付加成分としてさらに、重量％で、希土類元
素０．００１〜０．１％、Ｃａ０．０００５〜０．
０３％の１種または２種を含有する鋼。上記〜
の鋼において、Ａｌメッキ層が鋼板の両面に被覆されて
いる鋼。上記〜の鋼において、水溶液環境にお
ける電位が基材よりも卑である金属がアルミニウムある
いはアルミニウムを主体とする合金のいずれかである
鋼。上記〜の鋼において、水溶液環境における
電位が基材よりも卑である金属が亜鉛あるいは亜鉛を主
体とする合金のいずれかである鋼。上記〜の鋼
において、水溶液環境における電位が基材よりも卑であ
る金属がクロムあるいはクロムを主体とする合金のいず
れかである鋼。上記〜の鋼において、水溶液環
境における電位が基材よりも卑である金属がマンガンあ
るいはマンガンを主体とする合金のいずれかである鋼。

【０００９】以下に、本発明を詳細に説明する。基材の
各成分の範囲を限定した理由を述べる。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
添加することが有効である。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。Ｍｎは、鋼の脱酸剤として必要で、０．０
２％以上を含有させる必要があるが、２．０％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２．０％とする。Ｃｒは、排気ガス環境等に対
する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。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
ある。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から、Ａｌの含有量は０．３％以
上、３．０％以下に限定する。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、またＮは靭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は、
多量に存在すると靭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。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０．０１％とする。

【００１０】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を基材と
した鋼材も対象としている。Ｍｏは、Ｃｒを５．５％以
上、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。し
かし、３．０％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３．０％と
する。Ｗも、Ｃｒを５．５％以上、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。しかし、３．０％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３．０％とする。Ｓｂは、Ｃｒを
５．５％以上、Ａｌを０．３％以上含有する鋼に０．０
１％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。しかし、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は、Ｃｒを５．５％以上、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。しかし、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。希土類元素
（ＲＥＭ）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。添加量が希土類元素で
は０．００１％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、Ｃａ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、希土類元素は０．１％、Ｃａは
０．０３％を上限含有量とした。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。

【００１１】本発明においては、本発明に係る鋼が排気
系統用部材などとして使用される場合において、少なく
とも外面に曝される面を、基材よりも電位が卑である金
属で被覆するものである。これは内面が、例えば内燃機
関の排気ガス環境である場合には、被覆は必ずしも必要
はないが、外面からの塩害や乾湿繰り返しによる腐食に
対しては基材よりも電位が卑である金属を被覆させるこ
とが有効だからである。基材よりも電位が卑である金属
を形成しておけば、該金属層に欠陥があったり、使用中
に該金属層が一部消失したとしても、基材は有効に保護
されるとともに基材の耐食性との相乗作用によって、高
い耐食性が発揮される。従って、最終的に使用される状
態において、外面に相当する少なくとも一方の面がＡｌ
で被覆されていれば、その面を外面として使用すると耐
食性の目的からは充分であるから、もう一方の面、即ち
内面として使用される側は被覆されている必要はない。
しかし、電位が卑である金属の層を形成する過程におい
て内面側も同時に被覆されていても、本発明の趣旨には
全く反しない。

【００１２】外面として使用される側は、Ａｌメッキの
厚さが０．５μｍ未満では２年あるいは３年以上にわた
る長期間の耐食性が充分ではない。また、５０μｍを超
える厚さまで被覆しても、もはやその効果は飽和してお
り、生産性を低下させて徒にコストを上昇させるだけで
あるから、少なくとも一方の面の被覆の厚さは０．５〜
５０μｍとする。前述と同じ理由から、もう一方の面は
卑である金属で被覆されても、されなくてもいずれでも
良いので、その厚さに制約はない。コスト、製造等の面
から最適と考えられる厚さになっていれば良い。また、
使用上の目的からは一方の面だけに被覆されていれば良
い場合において、卑である金属を被覆するプロセスから
両面が被覆される鋼を使用しても、本発明の目的と効果
を何等逸脱するものではない。このような場合において
片面だけの被覆を使用するか、あるいは両面に被覆され
た鋼を使用するかは、コストや溶接性等の他の特性を考
慮して選択すれば良い。

【００１３】被覆に供される、水溶液環境における電位
が基材よりも卑である金属の実施態様としては、アルミ
ニウム、亜鉛、クロム、マンガン、およびこれらを主体
とする合金を使用することができる。また、被覆のプロ
セスは、これらの該金属が基材に充分に固着されていれ
ばそのプロセスを限定するものではなく、用途、コス
ト、等を考慮した上で選択すれば良く、溶融メッキ、電
着メッキ、溶融塩電解メッキ、真空蒸着、スパッタリン
グ、イオンプレーティング、等を使用することができ
る。

【００１４】本発明の鋼は、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、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。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い。さらに、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、またどの製造工程を
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、本発明の鋼は、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。

【００１５】

【実施例】以下に、本発明を実施例に基づいてさらに説
明する。表１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１mmの鋼板とし、８３
０℃にて焼鈍を施した後、両面それぞれに、片面あたり
１５±２μｍの厚みで、表１に示す被覆を施した。ここ
で、表１中の被覆１〜４は、被覆１：アルミニウム被
覆、被覆２：亜鉛被覆、被覆３：クロム被覆、および被
覆４：マンガン被覆を示すものである。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。なお、比較鋼のうち試料番号４７
は、従来材の代表であるＳＵＳ４１０Ｌに相当する鋼で
ある。

【００１６】自動車排気系の内面環境に相当する腐食試
験としては、硫酸イオン１００ppm、塩化物イオン１０
０ppm 、重炭酸イオン５００ppm をアンモニウム塩の形
で添加した水溶液５０cm³中に、試験片を半分まで浸漬
し、試験容器ごと１３０℃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４０回繰り返す試験と
した。試験後の試験片について最大孔食深さを測定し、
試験結果とした。最大孔食深さが０．２mm以下のものは
◎、最大孔食深さが０．２mmを超え０．４mm以下のもの
は○、最大孔食深さが０．４mmを超え０．８mm以下のも
のは×、最大孔食深さが０．８mmを超えるものは××で
表示した。

【００１７】また、大気環境や自動車排気系外面の塩害
腐食を想定した試験としては、５０℃で１時間の塩水噴
霧後、６０℃で湿度９６％の環境に５時間保持した後、
さらに１時間の冷凍保持を行うことを１００回繰り返す
試験とした。試験後の試験片について最大孔食深さを測
定し、試験結果とした。最大孔食深さが０．２mm以下の
ものは◎、最大孔食深さが０．２mmを超え０．４mm以下
のものは○、最大孔食深さが０．４mmを超え０．８mm以
下のものはは×、最大孔食深さが０．８mmを声るものは
××で表示することとした。表１から明らかなように、
本発明鋼である試料番号１〜３６は、排気環境や塩害腐
食環境という非常に厳しい腐食環境であっても良好な耐
食性を示しているのに対して、比較鋼である試料番号３
７〜４７は耐食性に劣ることが分る。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】

【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などの腐食環境に対する抵抗が大
きく、また外面からの塩害腐食や乾湿繰り返し環境での
腐食に対する抵抗が強く、耐食性に優れた鋼を低コスト
で提供することを可能とした。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 30/00 C22C 38/00 C22C 38/06 C22C 38/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｓｉ０．０１％以上、１．２％未満、Ｍｎ０．０２
％〜２．０％、Ｃｒ５．５％〜９．９％、およびＡｌ
０．３％〜３．０％含有し、さらにＣ０．０２％以
下、Ｐ０．０３％以下、Ｓ０．０１％以下、および
Ｎ０．０２％以下含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物
からなる鋼を基材として、少なくとも外面に曝される側
の上面に、水溶液環境における電位が基材よりも卑なる
金属の層を０．５〜５０μｍ厚さに形成せしめたことを
特徴とする耐食性の優れた鋼。
【請求項２】基材が付加成分としてさらに、重量％で、Ｍｏ０．０５％〜３．０％、Ｗ０．０５％〜３．０
％、Ｓｂ０．０１％〜０．５％およびＮｉ０．０１
％〜２．０％の１種または２種以上を含有する請求項１に記載の耐食
性の優れた鋼。
【請求項３】基材が付加成分としてさらに、重量％で、希土類元素０．００１％〜０．１％およびＣａ０．
０００５％〜０．０３％の１種または２種を含有する請
求項１または２に記載の耐食性の優れた鋼。
【請求項４】水溶液環境における電位が基材よりも卑で
ある金属の層が、鋼板の両面に形成されている請求項
１、２あるいは３に記載の耐食性の優れた鋼。
【請求項５】水溶液環境のおける電位が基材よりも卑で
ある金属が、アルミニウムあるいはアルミニウムを主体
とする合金のいずれかである請求項１、２、３または４
に記載の耐食性の優れた鋼。
【請求項６】水溶液環境における電位が基材よりも卑で
ある金属が、亜鉛あるいは亜鉛を主体とする合金のいず
れかである請求項１、２、３または４に記載の耐食性の
優れた鋼。
【請求項７】水溶液環境における電位が基材よりも卑で
ある金属が、クロムあるいはクロムを主体とする合金の
いずれかである請求項１、２、３または４に記載の耐食
性の優れた鋼。
【請求項８】水溶液環境における電位が基材よりも卑で
ある金属が、マンガンあるいはマンガンを主体とする合
金のいずれかである請求項１、２、３または４に記載の
耐食性の優れた鋼。