JP3263469B2 - Ferritic stainless steel for exhaust gas flow path member and manufacturing method - Google Patents
Ferritic stainless steel for exhaust gas flow path member and manufacturing methodInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、自動車マフラー等の排
ガス流路部材として使用されるフェライト系ステンレス
鋼及び製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ferritic stainless steel used as an exhaust gas flow passage member for an automobile muffler and the like, and a method for producing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】自動車マフラーの腐食には、大きく分け
て二つの要因がある。その一つは、大気中の塩素イオン
や冬期の融雪塩により外部から腐食が進行する外部塩害
である。他の一つは、排ガスの結露によって生じる凝縮
水に起因して内部から腐食が進行する内部腐食である。
なかでも、最も問題になるのは、マフラーの内部から進
行する内部腐食である。この内部腐食において、凝縮水
に含まれている塩素イオン,硫酸イオン等の腐食性のイ
オンは、車両走行中にガスによって加熱・濃縮され、腐
食性を強める。その結果、材料に生じた孔食が大きく成
長し、穴開きに至る。この腐食環境に耐える材料とし
て、溶融Alめっき鋼板がマフラー等の排ガス流路部材
として従来から使用されていた。しかし、酸化触媒から
三元触媒への転換等の排ガス浄化システムの切替えに伴
って、凝縮水の組成やpH等が変化し、溶融Alめっき
鋼板の内部腐食が顕在化した。そこで、SUS410
L,SUH409L等の13Cr系ステンレス鋼が使用
されるようになった。2. Description of the Related Art Corrosion of an automobile muffler is roughly divided into two factors. One of them is external salt damage, in which corrosion progresses from the outside due to chlorine ions in the air and snowmelt in winter. The other is internal corrosion in which corrosion progresses from inside due to condensed water generated by dew condensation of exhaust gas.
The most problematic is internal corrosion that progresses from inside the muffler. In this internal corrosion, corrosive ions such as chlorine ions and sulfate ions contained in the condensed water are heated and concentrated by the gas while the vehicle is running, thereby increasing the corrosiveness. As a result, pitting corrosion generated in the material grows greatly, leading to pitting. As a material resistant to this corrosive environment, a hot-dip Al-plated steel sheet has been conventionally used as an exhaust gas passage member such as a muffler. However, with the switching of the exhaust gas purification system such as the conversion from the oxidation catalyst to the three-way catalyst, the composition and pH of the condensed water changed, and the internal corrosion of the hot-dip Al-plated steel sheet became apparent. Therefore, SUS410
L, SUH409L and other 13Cr stainless steels have come to be used.
【0003】13Cr系ステンレス鋼は、優れた耐食性
を示し、且つ耐熱性も良好であることから、自動車用マ
フラーとして好適な材料である。しかし、材料のグレー
ド及び使用条件によっては、13Cr系ステンレス鋼で
も腐食を生じ、穴開きに至ることがある。特に、近年の
排ガス部材の保証期間の延長に応じて、13Cr系のス
テンレス鋼では十分な耐食性を期待できないことがあ
り、耐食性が一層優れた材料の開発が要求されている。[0003] 13Cr stainless steel is a suitable material for a muffler for automobiles because it exhibits excellent corrosion resistance and good heat resistance. However, depending on the grade of the material and the conditions of use, even 13Cr stainless steel may cause corrosion, leading to perforation. In particular, due to the extension of the warranty period of exhaust gas members in recent years, sufficient corrosion resistance may not be expected with 13Cr stainless steel, and the development of materials with even better corrosion resistance has been required.
【0004】Cr含有量の増加,Moの添加等によっ
て、ステンレス鋼の耐食性が改善される。しかし、C
r,Mo等の増加に伴って、ステンレス鋼が硬質にな
り、延性,靭性等の加工性を劣化させる。この硬質化
は、C及びNを低減させることによって回復することが
できる。C,Nの低減は、耐粒界腐食性の改善にも有効
である。しかし、C,Nの低減にもおのずから限界があ
り、現在、商業的,工業的に達成しうるC,N量レベル
では、十分な軟質化を期待することができず、粒界腐食
感受性を完全に無くすことができない。粒界腐食に対す
るC及びNの悪影響は、C及びNを固定するTi,Nb
等の安定化元素を添加することによって解消できること
が知られている。また、一部にSi含有量を0.1重量
%以下に極低化したステンレス鋼も開発されているが、
この材料も期待に十分応えることができない。これらの
技術的背景を基にして、自動車排気系の材料として低炭
素・低窒素19Cr−0.5Cu−Nb鋼のSUS43
0J1L,18Cr−1Mo−Tiの18Cr系ステン
レス鋼等が使用されるようになってきている。[0004] Corrosion resistance of stainless steel is improved by increasing the Cr content and adding Mo. But C
With the increase of r, Mo, etc., the stainless steel becomes hard and deteriorates workability such as ductility and toughness. This hardening can be restored by reducing C and N. Reduction of C and N is also effective for improving intergranular corrosion resistance. However, there is naturally a limit to the reduction of C and N, and at the presently commercially and industrially achievable levels of C and N, sufficient softening cannot be expected, and the intergranular corrosion susceptibility is completely reduced. Can not be lost. The adverse effects of C and N on intergranular corrosion include Ti, Nb fixing C and N.
It is known that the problem can be solved by adding a stabilizing element such as In addition, stainless steel in which the Si content is extremely reduced to 0.1% by weight or less has been developed,
This material also fails to meet expectations. Based on these technical backgrounds, SUS43 of low carbon and low nitrogen 19Cr-0.5Cu-Nb steel is used as a material for automobile exhaust systems.
0J1L, 18Cr-1Mo-Ti 18Cr stainless steel and the like have been used.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】腐食環境に関する調査
・研究から、三元触媒を経たマフラー内に生成する凝縮
水に含まれているイオン種には、従来から存在が把握さ
れている塩素イオンや硫酸イオンの他に、還元性のイオ
ンである亜硫酸イオンも存在することが最近明らかにな
った。亜硫酸イオンを含んだ腐食環境は、非常に過酷な
腐食性を呈する。亜硫酸イオンは、ステンレス鋼の不動
態皮膜を還元・破壊し、耐食性を著しく低下させる。ま
た、北米等では、ガソリン中のS濃度が高いことから凝
縮水中の硫酸イオン,亜硫酸イオン等の濃度が高い上
に、塩素イオンを含んだ融雪塩を道路に散布した環境に
自動車が曝される。そのため、SUS430J1L等の
18Cr系ステンレス鋼製のマフラーにおいても腐食が
発生している。しかも、最近のエンジン高出力化に伴っ
て排ガス温度が上昇し、マフラーの最高到達温度は50
0℃付近まで達している。このため、マフラー内部の酸
化が促進され、不動態皮膜の劣化に起因して材料の実質
的な耐食性低下,加熱により溶接部に析出したCr炭化
物に起因する粒界腐食の発生等が大きな問題となってい
る。From the investigation and research on the corrosive environment, the ionic species contained in the condensed water generated in the muffler that has passed through the three-way catalyst include chlorine ions, which are conventionally known to exist. In addition to sulfate ions, it has recently been found that there is also a sulfite ion which is a reducing ion. Corrosive environments containing sulfite ions exhibit very severe corrosive properties. Sulfite ions reduce and destroy the passive film of stainless steel, and significantly reduce corrosion resistance. In addition, in North America and the like, automobiles are exposed to an environment where the concentration of sulfate ions, sulfite ions, and the like in condensed water is high due to the high S concentration in gasoline, and in addition, snowmelt containing chlorine ions is sprayed on roads. . Therefore, corrosion also occurs in a muffler made of 18Cr stainless steel such as SUS430J1L. In addition, the exhaust gas temperature has risen with the recent increase in engine output, and the maximum temperature of the muffler has reached 50.
It has reached around 0 ° C. As a result, oxidation inside the muffler is promoted, and the corrosion resistance of the material is substantially reduced due to the deterioration of the passive film, and intergranular corrosion due to Cr carbide precipitated in the weld due to heating is a major problem. Has become.
【0006】一方、排ガス流路部材は、施工上からロー
ル成形,かしめ,バーリング加工等の種々の加工が施さ
れる。この点、使用する材質が硬いものであると、加工
割れやスプリングバック等が大きくなり、施工が困難に
なる。また、排ガス流路部材としては、シェル,トップ
プレート,エンドプレートばかりでなく、フロントチュ
ーブ,センターチューブ,テールチューブ等のパイプと
して使用される場合もある。この種のパイプは、通常高
周波溶接等によって製造されている。そして、曲げ,拡
管,縮管等の各種加工がパイプに施されるため、加工後
も溶接部の割れやネッキングが生じない良好な高周波造
管性が要求される。しかし、パイプの加工性は、溶接熱
影響部の靭性に大きく依存し、一般的には耐食性向上の
ための高合金化に相反するものである。On the other hand, the exhaust gas passage member is subjected to various processes such as roll forming, caulking, and burring from the viewpoint of construction. In this regard, if the material to be used is hard, processing cracks, springback, and the like become large, and construction becomes difficult. Further, the exhaust gas passage member may be used not only as a shell, a top plate, and an end plate, but also as a pipe such as a front tube, a center tube, and a tail tube. This type of pipe is usually manufactured by high frequency welding or the like. Since various processes such as bending, expansion, and contraction are performed on the pipe, good high-frequency pipe formability that does not cause cracking or necking of the welded portion even after the processing is required. However, the workability of the pipe largely depends on the toughness of the heat affected zone, and generally contradicts the formation of a high alloy for improving corrosion resistance.
【0007】更に、マフラー等の排気系材料は、交換部
品から永久部品へと位置付けが変化している。この点か
らも、より耐食性に優れた材料が望まれている。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、亜硫酸イオン等の腐食性の強いイオンを含む排ガス
結露環境において、排ガスにより加熱された後でも優れ
た耐食性を呈すると共に、加工性,高周波造管性をも満
足する新たな排ガス流路部材用フェライト系ステンレス
鋼を提供することを目的とする。Furthermore, the position of exhaust system materials such as mufflers has changed from replacement parts to permanent parts. Also from this point, a material having more excellent corrosion resistance is desired. The present invention has been devised to solve such a problem, and exhibits excellent corrosion resistance even after being heated by exhaust gas, in an exhaust gas dew environment containing corrosive ions such as sulfite ions. It is an object of the present invention to provide a new ferritic stainless steel for exhaust gas flow path members that also satisfies workability and high-frequency pipe forming properties.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明の排ガス流路部材
用フェライト系ステンレス鋼は、その目的を達成するた
め、C:0.015重量%以下,Si:0.1〜0.5
重量%,Mn:0.4重量%以下,P:0.04重量%
以下,S:0.01重量%以下,Ni:0.6重量%以
下,Cr:18〜23重量%,Mo:1.3〜2.5重
量%,Cu:0.1〜0.3重量%,Nb:0.1〜
0.6重量%,Ti:0.05〜0.3重量%,Al:
0.01〜0.3重量%及びN:0.02重量%以下を
含み、残部がFe及び不可避的不純物からなり、且つC
+N≦0.03重量%及びNb+Ti≧7(C+N)+
0.15の関係が成立し、更にP=5Ti+20(Al
−0.01)で定義されるP値が1.0以上であるフェ
ライト系ステンレス鋼を基材とし、該基材の表面に形成
されている不動態皮膜がAl濃縮層を有し、最もAlが
濃縮している部分のAl量が前記基材に含まれているA
l量の2倍以上であることを特徴とする。In order to achieve the object, the ferritic stainless steel for exhaust gas flow passage members of the present invention has a C content of 0.015% by weight or less and a Si content of 0.1 to 0.5.
% By weight, Mn: 0.4% by weight or less, P: 0.04% by weight
S: 0.01% by weight or less, Ni: 0.6% by weight or less, Cr: 18 to 23% by weight, Mo: 1.3 to 2.5% by weight, Cu: 0.1 to 0.3% by weight %, Nb: 0.1 to
0.6% by weight, Ti: 0.05 to 0.3% by weight, Al:
0.01 to 0.3% by weight and N: 0.02% by weight or less, the balance being Fe and unavoidable impurities, and
+ N ≦ 0.03% by weight and Nb + Ti ≧ 7 (C + N) +
0.15 holds, and P = 5Ti + 20 (Al
-0.01) is based on a ferritic stainless steel having a P value of 1.0 or more, and the passivation film formed on the surface of the base material has an Al-enriched layer, The amount of Al in the portion where is concentrated is the amount of A contained in the base material.
It is characterized by being at least twice the amount of l.
【0009】このAl濃縮層を有する不動態皮膜は、上
記P=5Ti+20(Al−0.01)で定義されるP
値が1.0以上であるフェライト系ステンレス鋼製の基
材を焼鈍した後、硝酸中での電解処理及び硝酸−フッ酸
の混合酸液中への浸漬処理を含む酸洗を施すことにより
形成される。The passivation film having the Al-enriched layer has a P content of P = 5Ti + 20 (Al-0.01).
After annealing a ferritic stainless steel base material having a value of 1.0 or more, it is formed by performing an acid treatment including an electrolytic treatment in nitric acid and a dipping treatment in a mixed acid solution of nitric acid and hydrofluoric acid. Is done.
【0010】[0010]
【作用】本発明者等は、高濃度の亜硫酸イオンや塩素イ
オン等を含む排ガス凝縮環境における材料の耐食性に及
ぼす合金元素の影響及び表面状態について検討すると共
に、加工性,高周波造管製等に関する詳細な検討を行っ
た。その結果、前述のような合金設計に達し、またAl
濃縮層を有する不動態皮膜を形成することにより耐食性
が大幅に改善されることを解明した。排ガス流路は、自
動車排気系を例にとると、エンジン直下のマニホール
ド,フロントチューブ,フレキシブルチューブ,センタ
ーチューブ,マフラー等の種々の部材で構成されてい
る。また、マフラーは、シェル,トッププレート,エン
ドプレート,バッフルプレート,インナーチューブ,テ
ールチューブ等で組み立てられている。これらの部材
は、強度の加工が要求されるフレキシブルチューブを除
いて、フェライト系ステンレス鋼が通常使用されてい
る。The present inventors have studied the effects of alloying elements on the corrosion resistance of materials in an exhaust gas condensing environment containing high concentrations of sulfite ions and chlorine ions and the like and the surface condition, and have also studied the workability, high-frequency tube making and the like. Detailed examination was performed. As a result, the alloy design as described above was reached, and Al
It was clarified that the formation of a passivation film having a concentrated layer significantly improved the corrosion resistance. The exhaust gas flow path is composed of various members such as a manifold, a front tube, a flexible tube, a center tube, and a muffler immediately below an engine in an automobile exhaust system. The muffler is assembled by a shell, a top plate, an end plate, a baffle plate, an inner tube, a tail tube, and the like. These members are usually made of ferritic stainless steel, except for a flexible tube that requires high strength processing.
【0011】排ガス流路構成部材に要求される特性は、
部位によって若干異なる。しかし、共通して要求される
特性は、排ガスによる加熱を受けても材料が劣化しない
耐熱性,排ガスが結露する条件下における耐食性,曲げ
やバーリング等の各種加工性,パイプに造管した後でも
加工に耐えるだけの高周波造管性である。なかでも、最
近の部材の長寿命化を律速する要因に、耐食性、特に排
ガスにより加熱された後での耐食性がある。とりわけ、
亜硫酸イオン等の腐食性の強いイオン種が含まれている
排ガス凝縮水に曝される環境下での耐食性が重要視され
る。排ガス凝縮環境をシミュレーションするため、図1
に図解する環境に試験片を曝した。試験片として、幅5
0mm,長さ120mm及び板厚1.2mmの鋼片を使
用した。凝縮水として、実車マフラーから採取した凝縮
水を参考にして、表1に示すように塩素イオンで腐食を
進行させる試験液A及び亜硫酸イオンで腐食を促進させ
る試験液Bを使用した。[0011] The characteristics required of the exhaust gas flow path constituent member are as follows.
It differs slightly depending on the site. However, the properties commonly required are heat resistance, which does not cause deterioration of the material even when heated by exhaust gas, corrosion resistance under conditions where the exhaust gas condenses, various workability such as bending and burring, and even after pipe formation. High-frequency tube-forming properties that can withstand processing. Above all, factors that limit the life extension of recent members include corrosion resistance, particularly after being heated by exhaust gas. Above all,
Attention is paid to corrosion resistance in an environment exposed to exhaust gas condensed water containing highly corrosive ionic species such as sulfite ions. Fig. 1 to simulate the exhaust gas condensation environment
The test specimen was exposed to the environment illustrated in FIG. As a test piece, width 5
A slab having a thickness of 0 mm, a length of 120 mm and a thickness of 1.2 mm was used. With reference to the condensed water collected from an actual vehicle muffler, a test liquid A for promoting corrosion with chlorine ions and a test liquid B for promoting corrosion with sulfite ions as shown in Table 1 were used as the condensed water.
【表1】 [Table 1]
【0012】シミュレーション試験は、試験片を試験液
A又はB中に半浸漬状態で浸漬し、4時間煮沸して試験
液を6倍まで濃縮し、その後、温度30℃及び相対湿度
80%の結露条件で20時間保持した。これを5回繰返
した後、排ガスによる加熱をシミュレートした500℃
×2時間の加熱を加えるサイクルを2回繰返した。な
お、試験液Aを使用した腐食試験は、従来得られていた
知見に基づいて行った試験に相当し、500℃×2時間
の加熱を省略した。試験液Aを使用して塩素イオンで腐
食させる試験を行った場合、腐食の程度は、侵食深さ〜
0mmと何れのCrレベルにおいても軽度であった。と
ころが、500℃×2時間の加熱を加え、亜硫酸イオン
による腐食を促進させる試験液Bを使用した試験では、
腐食が著しく促進されていた。試験液Bを使用して煮沸
・結露試験を行ったときの最大侵食深さは、図2に示す
ようにCrレベルに応じて変化していた。図2から、こ
のような腐食環境下においても18重量%以上のCrを
含有させることにより、侵食深さの低減が図られること
が判る。ただし、Al含有量が低い材料では、Cr含有
量が高いにも拘らず、大きな侵食深さとなっている。In the simulation test, a test piece is immersed in a test solution A or B in a semi-immersed state, boiled for 4 hours to concentrate the test solution up to 6 times, and then condensed at a temperature of 30 ° C. and a relative humidity of 80%. The conditions were maintained for 20 hours. After repeating this five times, 500 ° C. simulating heating by exhaust gas
A cycle of heating for 2 hours was repeated twice. In addition, the corrosion test using the test liquid A was equivalent to the test performed based on the knowledge acquired conventionally, and the heating of 500 degreeC x 2 hours was omitted. When a test for corrosion with chlorine ions was performed using test solution A, the degree of corrosion was from the erosion depth to
At 0 mm, it was mild at any Cr level. However, in a test using a test solution B which is heated at 500 ° C. for 2 hours to promote corrosion by sulfite ions,
Corrosion was significantly accelerated. The maximum erosion depth when the boiling / condensation test was performed using the test liquid B changed according to the Cr level as shown in FIG. From FIG. 2, it can be understood that the erosion depth can be reduced by including 18% by weight or more of Cr even in such a corrosive environment. However, a material having a low Al content has a large erosion depth despite a high Cr content.
【0013】また、煮沸・結露試験後の最大侵食深さ
は、図3に示すようにMo含有量に応じて変化してい
た。塩素イオンで腐食させる試験液Aを使用した腐食試
験では、Mo無添加材でも侵食深さが浅いため、Moに
よる作用・効果はみられない。しかし、亜硫酸イオンで
腐食させる試験液Bを使用した腐食試験では、図3から
明らかなように、腐食抑制にMoが極めて有効に作用
し、1.5重量%以上のMo含有で侵食深さが著しく低
減されていることが判る。Moによる耐食性向上は、C
rに対して一定量を超えるMoを添加した場合に生じる
CrとMoとの相乗効果に起因しているものと推察され
る。ただし、Al含有量が本発明範囲を下回った材料で
は、Mo添加の効果がみられない。このことから、加熱
が加わった亜硫酸イオンによる腐食環境、すなわち排ガ
ス結露環境においては、一般的な耐食性改善元素である
Cr,Moの他にAlが耐食性向上に重要な役割を果し
ていることが判る。Further, as shown in FIG. 3, the maximum erosion depth after the boiling / condensation test varied depending on the Mo content. In the corrosion test using the test solution A which is corroded by chlorine ions, even if the material does not contain Mo, the erosion depth is shallow, so that there is no effect or effect due to Mo. However, in the corrosion test using the test solution B which is corroded by sulfite ions, as shown in FIG. 3, Mo extremely effectively acts on the corrosion inhibition. It can be seen that it is significantly reduced. The improvement of corrosion resistance by Mo is C
This is presumed to be due to the synergistic effect of Cr and Mo that occurs when Mo exceeds a certain amount with respect to r. However, in the case of a material having an Al content below the range of the present invention, the effect of Mo addition is not observed. From this, it can be seen that in a corrosive environment due to sulfite ions to which heat is applied, that is, in an exhaust gas dew environment, Al plays an important role in improving corrosion resistance in addition to Cr and Mo, which are general corrosion resistance improving elements.
【0014】固定化元素であるTiは、図4に示すよう
に、試験液Bを使用した煮沸・結露試験後の侵食深さに
影響を与える。Tiを添加した鋼は、Nb単独添加に比
較して侵食深さが浅く、優れた耐食性を示している。と
ころが、この場合もAl無添加鋼においてはTi添加の
効果がみられない。このことから、耐食性の改善に、N
b,Ti,Alの複合添加が有効であることが判る。煮
沸・結露試験におけるAlの作用・効果は、次のように
推察される。図1の試験において排ガスによる材料の加
熱をシミュレートするため500℃×2時間の加熱を施
しているが、この加熱の際にFe,Cr等が優先的に酸
化される。その結果、不動態皮膜中のCr濃度が低下
し、耐食性が阻害される。また、亜硫酸イオンが存在す
る環境における耐食性の低下は、亜硫酸イオンの還元作
用によって不動態皮膜が破壊されることに起因するもの
と考えられるが、Alを含有し且つ不動態皮膜中にAl
濃縮層を有する材料では、亜硫酸イオンによる還元作用
を強く受けず、不動態皮膜のCrに影響が及ばない。す
なわち、ステンレス鋼の耐食性にCrの不動態皮膜が重
要な役割を果しているが、Crの不動態皮膜を保護する
点でAlが有用な役割を果しているものと推察される。As shown in FIG. 4, Ti as an immobilizing element affects the erosion depth after the boiling / condensation test using the test solution B. The steel to which Ti is added has a smaller erosion depth than that of Nb alone, and shows excellent corrosion resistance. However, also in this case, the effect of the addition of Ti is not seen in the Al-free steel. From this, it is necessary to improve the corrosion resistance by N
It turns out that the composite addition of b, Ti, and Al is effective. The action and effect of Al in the boiling / condensation test are presumed as follows. In the test of FIG. 1, heating is performed at 500 ° C. for 2 hours to simulate heating of the material by the exhaust gas. At this heating, Fe, Cr, and the like are preferentially oxidized. As a result, the Cr concentration in the passivation film decreases, and the corrosion resistance is impaired. Further, the decrease in corrosion resistance in an environment where sulfite ions are present is considered to be due to the fact that the passive film is destroyed by the reduction action of sulfite ions.
The material having the concentrated layer is not strongly affected by the reducing action of the sulfite ion, and does not affect the Cr of the passive film. That is, the passivation film of Cr plays an important role in the corrosion resistance of stainless steel, but it is presumed that Al plays a useful role in protecting the passivation film of Cr.
【0015】不動態皮膜中のAl濃縮層は、Ti及びA
lを複合添加したステンレス鋼を焼鈍した後、硝酸中で
の電解処理及び硝酸−フッ酸の混合酸液への浸漬処理に
より形成される。不動態皮膜中に濃縮するAl量は、基
材であるステンレス鋼に含まれているAl量の2倍未満
では耐食性改善効果が小さい。そのため、基材のステン
レス鋼に含まれているAl量に対する不動態皮膜中に最
も多くAlが濃縮している部分のAl量の比率(以下、
これをAl濃縮比という)は、2.0以上が必要であ
る。このAlの効果を発現させるために、適性量の合金
成分を含有させると共に適切な不動態皮膜形成処理が必
要となる。また、酸化物を生成し易い元素であるTi及
びSiについても、Alと同様な作用・効果がみられる
が、酸化物生成自由エネルギーが最も小さいAlによる
効果が最も顕著である。Moは、Cr以上に固溶強化能
が大きく、耐力を上昇させる作用が強い。したがって、
Moの適性範囲は、加工性を考慮に入れるとき、Cr以
上に厳格に規制される。The Al-enriched layer in the passivation film is composed of Ti and A
After annealing the stainless steel to which l is added in combination, it is formed by electrolytic treatment in nitric acid and immersion treatment in a mixed acid solution of nitric acid and hydrofluoric acid. If the amount of Al concentrated in the passive film is less than twice the amount of Al contained in the stainless steel as the base material, the effect of improving corrosion resistance is small. Therefore, the ratio of the amount of Al in the portion where Al is concentrated most in the passive film to the amount of Al contained in the stainless steel of the base material (hereinafter, referred to as “the amount of Al”)
This is called an Al concentration ratio) of 2.0 or more. In order to exhibit the effect of Al, it is necessary to include an appropriate amount of alloy component and to perform an appropriate passivation film forming treatment. In addition, Ti and Si, which are elements that easily form oxides, have the same function and effect as Al, but the effect of Al having the smallest free energy for oxide formation is most remarkable. Mo has a solid solution strengthening ability greater than that of Cr, and has a strong effect of increasing proof stress. Therefore,
When considering the workability, the appropriate range of Mo is more strictly regulated than that of Cr.
【0016】自動車マフラーには、各室を仕切るために
インナープレートが挿入されている。インナープレート
は、シェルにスポット溶接等で固定され、隙間構造が形
成される。そこで、隙間部における材料の耐食性を評価
するため、二枚の板をスポット溶接によって重ね合わせ
た試験片を用意し、B液を使用した煮沸・結露試験も行
った。図5は、19Cr−2Mo−Nb,Ti,Alベ
ース鋼の素材及びスポット隙間部における侵食深さをC
u含有量で整理した結果である。図5から明らかなよう
に、Cu含有によって、素材の耐食性が向上することは
勿論、隙間部の腐食に対し顕著な改善効果が発揮されて
いる。具体的には、0.1重量%以上のCuを含有させ
ることにより、侵食深さが著しく低減している。An inner plate is inserted into the vehicle muffler to partition each room. The inner plate is fixed to the shell by spot welding or the like to form a gap structure. Therefore, in order to evaluate the corrosion resistance of the material in the gap, a test piece in which two plates were overlapped by spot welding was prepared, and a boiling / condensation test using the liquid B was also performed. FIG. 5 shows the erosion depth in the material of 19Cr-2Mo-Nb, Ti, and Al base steels and spot gaps as C.
It is the result arranged by u content. As is clear from FIG. 5, the inclusion of Cu not only improves the corrosion resistance of the material, but also exerts a remarkable improvement effect on the corrosion of the gap. Specifically, by including 0.1% by weight or more of Cu, the erosion depth is significantly reduced.
【0017】耐食性、特に耐隙間腐食性の改善にCuが
有効な理由は、次のように推察される。溶接や加工によ
って形成される隙間内では、メタルの加水分解に伴って
pHが低下する。隙間内では、H+ と電気的な中性を保
つためにCl- が濃縮し、溶液の腐食性が強くなる。こ
の点、Cuは、脱不動態化pHが高く、pHが低下した
際にイオンとして優先的に溶出し、Crの皮膜劣化を妨
げる。また、Cuイオンは、電位が上昇した際に析出反
応を生じ、電位の上昇を妨げる。すなわち、腐食性の強
い環境においても電位が一定に維持され、腐食が抑制さ
れる。したがって、Cu添加によって耐隙間腐食性が向
上されることが予想される。本発明においては、このC
u添加による作用・効果を積極的に利用した。The reason why Cu is effective in improving the corrosion resistance, particularly the crevice corrosion resistance, is assumed to be as follows. In the gap formed by welding or working, the pH decreases with the hydrolysis of the metal. In the gap, Cl - is concentrated in order to maintain electrical neutrality with H +, and the solution becomes more corrosive. In this regard, Cu has a high depassivation pH and is preferentially eluted as an ion when the pH is lowered, thereby preventing Cr film from deteriorating. Further, Cu ions cause a precipitation reaction when the potential increases, and hinder the increase in the potential. That is, the potential is maintained constant even in a highly corrosive environment, and corrosion is suppressed. Therefore, it is expected that crevice corrosion resistance is improved by adding Cu. In the present invention, this C
The action and effect of the addition of u were positively utilized.
【0018】次に、高周波造管性について検討した結果
を説明する。ステンレス鋼の高周波造管性を低下させる
要因は、大きく分けて二つある。その一つは、Al,T
i,Si等の易酸化物生成元素が大気中の酸素と結合し
て酸化物を生成し、パイプの加工性評価法である扁平試
験を行った際に、溶接部にピンホール等の欠陥を生じさ
せるものである。他の一つは、材料の靭性が低下し、溶
接熱影響部に相当する高周波造管ビード部で母材以上に
靭性の低下が生じ、扁平試験後に割れを発生させるもの
である。溶接部に生成するピンホール等の欠陥は、ガス
シールドの方法やシールドガスの流量等を変更すること
によって改善することができる。しかし、材質に起因す
る靭性の低下は、Cr含有量,Mo含有量等を増加させ
た高耐食性材料においてはより重要な問題となる。Next, the results of the study on the high-frequency pipe forming properties will be described. There are two main factors that reduce the high-frequency pipe formability of stainless steel. One of them is Al, T
Oxide-producing elements such as i and Si combine with oxygen in the atmosphere to form oxides, and when a flat test, which is a method for evaluating the workability of pipes, is conducted, defects such as pinholes are formed in the welded portions. Cause it to occur. The other is that the toughness of the material is reduced, the toughness is reduced more than the base metal at the high frequency tube forming bead portion corresponding to the weld heat affected zone, and cracks are generated after the flat test. Defects such as pinholes generated in the welded portion can be improved by changing the gas shielding method, the flow rate of the shielding gas, and the like. However, a decrease in toughness due to the material becomes a more important problem in a high corrosion resistant material having an increased Cr content, Mo content, and the like.
【0019】そこで、シャルピー衝撃靭性に及ぼす合金
元素の影響を検討した結果、Cr含有量及びMo含有量
の増加に伴って遷移温度が上昇することが判った。とこ
ろが、固定化元素のNb,Ti及び微量のCuを複合添
加した材料にあっては、Cu無添加材,Nb又はTi単
独添加材に比較し著しく遷移温度を低下させる現象がみ
られた。Niについても同様の効果が期待されるが、コ
スト面からCuが有利であるため、溶接部の靭性改善の
ためにCuを微量添加することとした。実際に造管した
パイプに扁平試験を行ったところ、Nb及びTiを複合
添加した材料に微量のCuを添加した鋼で最も良好な結
果が得られた。本発明は、以上の知見に基づき完成され
たものであり、排ガス結露環境下における耐食性及び加
工性を兼ね備えたCr含有量及びMo含有量の適性範囲
の設定、加熱を受けた後における亜硫酸イオン環境下で
の耐食性を改善するためのNb,Ti及びAlの複合添
加、更には高周波造管性を考慮したNb,Tiの複合添
加及びCuの微量添加等を採用している。Then, as a result of examining the effect of alloying elements on the Charpy impact toughness, it was found that the transition temperature increases as the Cr content and the Mo content increase. However, in a material in which Nb and Ti as fixing elements and a small amount of Cu are added in combination, a phenomenon in which the transition temperature is remarkably lowered as compared with the Cu-free material and the Nb or Ti-only material was observed. A similar effect is expected for Ni, but Cu is advantageous from the viewpoint of cost. Therefore, a small amount of Cu was added to improve the toughness of the welded portion. When a flat test was performed on an actually formed pipe, the best result was obtained with a steel in which a trace amount of Cu was added to a material in which Nb and Ti were added in combination. The present invention has been completed on the basis of the above-described findings, and has an appropriate range of Cr content and Mo content having both corrosion resistance and workability under an exhaust gas dew condensation environment, and a sulfite ion environment after being heated. A composite addition of Nb, Ti, and Al for improving the corrosion resistance underneath, a composite addition of Nb, Ti, and a trace addition of Cu in consideration of high-frequency tube formability are employed.
【0020】以下、本発明のフェライト系ステンレス鋼
に含まれる合金成分及びその含有量について説明する。 C,N:ステンレス鋼中に不可避的に含まれる元素であ
る。C含有量及びN含有量を低減すると、ステンレス鋼
が軟質になり、加工性が向上する。また、C含有量及び
N含有量の低減に伴って、炭化物,窒化物等の生成が少
なくなり、溶接性及び溶接部の耐食性が向上する。その
ため、C及びNは、低い方が好ましく、C+N≦0.0
3重量%の条件下でC含有量の上限を0.015重量
%,N含有量の上限を0.02重量%にそれぞれ設定し
た。 Si:ステンレス鋼の脱酸剤として添加され、耐酸化性
を向上させる上でも有効な合金元素である。Siの効果
を発現させるために、0.1重量%以上のSiを含有さ
せることが必要である。しかし、Si含有量が0.5重
量%を超えると、得られるステンレス鋼が硬質になり、
加工性の低下や溶接部の靭性低下の原因となる。そこ
で、本発明においては、0.1〜0.5重量%の範囲に
Si含有量を定めた。Hereinafter, the alloy components contained in the ferritic stainless steel of the present invention and the contents thereof will be described. C, N: elements inevitably contained in stainless steel. When the C content and the N content are reduced, the stainless steel becomes soft and the workability is improved. Further, as the C content and the N content are reduced, the generation of carbides, nitrides, and the like is reduced, and the weldability and the corrosion resistance of the weld are improved. Therefore, C and N are preferably low, and C + N ≦ 0.0
Under the condition of 3% by weight, the upper limit of the C content was set to 0.015% by weight, and the upper limit of the N content was set to 0.02% by weight. Si: An alloy element added as a deoxidizing agent for stainless steel and effective in improving oxidation resistance. In order to exert the effect of Si, it is necessary to contain 0.1% by weight or more of Si. However, when the Si content exceeds 0.5% by weight, the obtained stainless steel becomes hard,
It causes a reduction in workability and a decrease in toughness of the welded portion. Therefore, in the present invention, the Si content is determined in the range of 0.1 to 0.5% by weight.
【0021】Mn:ステンレス鋼に含まれている微量の
Sと結合し、可溶性硫化物MnSを生成し、耐食性を低
下させる。この点、Mn含有量は、低いほど好ましい。
本発明においては、Mn含有量の上限を0.4重量%に
規定した。 P:母材及び溶接部の靭性を低下させることから、P含
有量が低いほど好ましいしかし、含Cr鋼の脱燐は困難
であり、しかも極度にP含有量を低下させることは製造
コストの上昇を招く。したがって、P含有量の上限を
0.04重量%に規定した。 S:耐食性及び溶接部の高温割れに悪影響を与える有害
な元素であり、S含有量は低いほど好ましい。本発明に
おいては、S含有量の上限を0.01重量%に規定し
た。Mn: Combines with a small amount of S contained in stainless steel to form soluble sulfide MnS, thereby reducing corrosion resistance. In this regard, the lower the Mn content, the better.
In the present invention, the upper limit of the Mn content is set to 0.4% by weight. P: The lower the P content is, the lower the toughness of the base material and the welded portion is. However, it is difficult to remove phosphorus from the Cr-containing steel, and the extremely low P content increases the production cost. Invite. Therefore, the upper limit of the P content is set to 0.04% by weight. S: A harmful element that has an adverse effect on corrosion resistance and high-temperature cracking of the welded portion. The lower the S content, the better. In the present invention, the upper limit of the S content is set to 0.01% by weight.
【0022】Ni:フェライト系ステンレス鋼の靭性改
善に有効な合金元素である。しかし、多量にNiを含有
させることは、コスト高になるばかりでなく、ステンレ
ス鋼を硬質化する。そこで、本発明においては、通常の
フェライト系ステンレス鋼で規制されている0.6重量
%に上限を設定した。 Cr:ステンレス鋼の表面に不動態皮膜を形成する主要
な合金元素であり、母材及び溶接部の耐食性を著しく向
上させる。Cr添加の効果は、排ガス結露環境において
も発現される。このような効果は、Cr含有量が18重
量%未満では不十分であり、好ましくは18.5重量%
以上含有させることが望ましい。しかし、23重量%を
超えるCr含有量では、ステンレス鋼が硬質になり、マ
フラー等の加工が困難となる。特に従来の材料と同一条
件下で加工するためには、21重量%≦のCr含有量が
好ましい。このようなことから、本発明においては、1
8〜23重量%,好ましくは18.5〜21重量%の範
囲にCr含有量を定めた。Ni: an alloy element effective for improving the toughness of ferritic stainless steel. However, including a large amount of Ni not only increases the cost but also hardens the stainless steel. Therefore, in the present invention, the upper limit is set to 0.6% by weight, which is regulated by ordinary ferritic stainless steel. Cr: a main alloy element that forms a passivation film on the surface of stainless steel, and significantly improves the corrosion resistance of the base material and the welded portion. The effect of adding Cr is also exhibited in an exhaust gas dew condensation environment. Such an effect is insufficient when the Cr content is less than 18% by weight, preferably 18.5% by weight.
It is desirable to contain the above. However, if the Cr content exceeds 23% by weight, the stainless steel becomes hard, and it becomes difficult to process a muffler or the like. In particular, for processing under the same conditions as conventional materials, a Cr content of 21% by weight ≦ is preferred. Therefore, in the present invention, 1
The Cr content was determined in the range of 8 to 23% by weight, preferably 18.5 to 21% by weight.
【0023】Mo:Crと共にステンレス鋼の耐食性向
上に対して有効に作用する合金元素である。Moの効果
は、Crとの相乗作用によって一層大きくなる。また、
Moは、排ガス凝縮水等の亜硫酸イオンによる腐食環境
下における耐食性に対しても有効に作用する。これらの
効果は、Mo含有量1.3重量%以上,好ましくは1.
5重量%以上で顕著に発現される。しかし、2.5重量
%を超えるMo含有量では、ステンレス鋼が硬質化し且
つ溶接部の靭性を低下させる。その結果、マフラー材、
特にパイプとしての加工が困難になり、生産性も低下す
る。したがって、1.3〜2.5重量%、好ましくは
1.5〜2.5重量%の範囲にMo含有量を定めた。Mo: An alloy element that effectively acts together with Cr to improve the corrosion resistance of stainless steel. The effect of Mo is further enhanced by the synergistic effect with Cr. Also,
Mo also effectively acts on corrosion resistance in a corrosive environment caused by sulfite ions such as exhaust gas condensed water. These effects are attained by the Mo content of 1.3% by weight or more, preferably 1.
It is remarkably expressed at 5% by weight or more. However, if the Mo content exceeds 2.5% by weight, the stainless steel becomes hard and reduces the toughness of the weld. As a result, muffler material,
In particular, processing as a pipe becomes difficult, and productivity also decreases. Therefore, the Mo content is determined in the range of 1.3 to 2.5% by weight, preferably 1.5 to 2.5% by weight.
【0024】Cu:鋼の耐食性、特にスポット溶接部の
耐隙間腐食性を向上させる重要な合金元素である。ま
た、母材及び溶接部の靭性劣化を抑制する作用も呈し、
高周波造管性を改善し、パイプの加工性に対しても極め
て有効に作用する。このような作用は、Cu含有量が
0.1重量%以上で顕著になる。しかし、多量のCuを
含有させると、マフラー用材料が到達する温度レベルの
500℃付近に加熱されたとき、Cuリッチ相等の金属
間化合物が生成し、鋼を脆化させる。この現象は、Cu
含有量が0.3重量%を超えるレベルからみられる。ま
た、耐力に及ぼすCu含有量の影響をみると、Cu含有
量が多量になるに従って固溶強化による材料の耐力上昇
が著しく、加工性の低下を招く。また、強度の上昇に伴
って、靭性が低下することもある。本発明では、シェル
等のロックシームによる加工を想定し、耐力35kgf
/mm2 以下の材料開発を目標としている。たとえば、
2.0重量%Moレベルの鋼では、Cu:0.3重量%
で耐力が約35kgf/mm2 になる。以上のことか
ら、本発明においては、0.1〜0.3重量%の範囲に
Cu含有量を定めた。Cu: an important alloying element for improving the corrosion resistance of steel, particularly the crevice corrosion resistance of spot welds. It also has the effect of suppressing the toughness deterioration of the base metal and welds,
It improves high-frequency pipe forming properties and works extremely effectively on pipe workability. Such an effect becomes remarkable when the Cu content is 0.1% by weight or more. However, if a large amount of Cu is contained, an intermetallic compound such as a Cu-rich phase is generated when the material for a muffler is heated to around 500 ° C., which is a temperature level reached by the muffler material, and the steel is embrittled. This phenomenon is caused by Cu
It is found at levels above 0.3% by weight. Further, looking at the effect of the Cu content on the proof stress, as the Cu content increases, the proof stress of the material due to solid solution strengthening increases significantly, leading to a reduction in workability. Further, the toughness may decrease with an increase in strength. In the present invention, the processing with a lock seam such as a shell is assumed, and the proof strength of 35 kgf
/ Mm 2 or less. For example,
In the steel of 2.0% by weight Mo level, Cu: 0.3% by weight
Yields a strength of about 35 kgf / mm 2 . From the above, in the present invention, the Cu content is determined in the range of 0.1 to 0.3% by weight.
【0025】Ti:Alとの複合添加によって、溶接時
にステンレス鋼の表面にAl酸化皮膜を形成し、Crの
酸化ロスを防止する。その結果、加熱後の耐食性低下が
防止される。更に、Tiは、Sを固定しMnSの生成に
起因した耐孔食性低下の防止、及びC,Nを固定して粒
界腐食を防止する上でも有効である。しかし、過剰のT
i含有は、クラスター状の介在物TiNを生成し、ステ
ンレス鋼素材に圧延,加工等を施した際に表面疵を発生
させる原因となる。また、Ti含有量の増加に伴って溶
接部の靭性が不良となり、高周波造管性が低下する。し
たがって、Ti含有量は、耐食性の面から0.05重量
%を下限とし、高周波造管性の面から0.3重量%を上
限として規定した。[0025] By adding Ti: Al in combination, an Al oxide film is formed on the surface of stainless steel at the time of welding to prevent oxidation loss of Cr. As a result, a decrease in corrosion resistance after heating is prevented. Further, Ti is effective in fixing S to prevent a decrease in pitting corrosion resistance due to generation of MnS, and in fixing C and N to prevent intergranular corrosion. However, excess T
The i-content generates cluster-like inclusions TiN and causes surface flaws when a stainless steel material is subjected to rolling, working, or the like. Further, as the Ti content increases, the toughness of the welded portion becomes poor, and the high-frequency tube formability decreases. Therefore, the lower limit of the Ti content is 0.05% by weight from the viewpoint of corrosion resistance, and the upper limit is 0.3% by weight from the viewpoint of high-frequency tube forming properties.
【0026】Nb:本発明で規定したCレベルのフェラ
イト系ステンレス鋼において、Tiと共に粒界腐食を防
止するのに不可欠な合金元素である。Nbは、Tiに比
較して耐孔食性向上の効果が小さいものの、C,Nを固
定する効果が大きい。そのため、Ti単独添加では得ら
れない耐粒界腐食性及び高周波造管性の双方を満足する
範囲を、Ti及びNbの複合添加によって定めることが
可能となる。Nb添加の効果は、0.1重量%未満では
不十分であり、0.6重量%を超えると溶接部の靭性を
阻害する弊害がみられる。したがって、0.1〜0.6
重量%の範囲にNb含有量を定めた。 Al:Tiとの複合添加によって、且つ適切な焼鈍及び
酸洗によって、不動態皮膜中に濃縮され、加熱時におけ
るCrの酸化損失及び亜硫酸イオン環境中における再不
動態化能の低下を抑制する。しかし、Al含有量が0.
01重量%未満ではAl濃縮相が形成されにくく、逆に
0.3重量%を超えるAl含有量では造管時にピンホー
ル等の欠陥が発生し易くなる。そこで、0.01〜0.
3重量%の範囲にAl含有量を定めた。Nb: In the C-level ferritic stainless steel specified in the present invention, Nb is an alloy element indispensable for preventing intergranular corrosion together with Ti. Nb has a small effect of improving pitting corrosion resistance as compared with Ti, but has a large effect of fixing C and N. Therefore, a range that satisfies both the intergranular corrosion resistance and the high-frequency tube forming property that cannot be obtained by adding Ti alone can be determined by adding Ti and Nb in combination. The effect of the addition of Nb is insufficient if less than 0.1% by weight, and if it exceeds 0.6% by weight, the adverse effect of inhibiting the toughness of the weld is observed. Therefore, 0.1-0.6
The Nb content was determined in the range of weight%. Concentrated in the passivation film by complex addition with Al: Ti and by appropriate annealing and pickling, suppresses oxidation loss of Cr during heating and decrease in repassivation ability in a sulfite ion environment. However, when the Al content is 0.1.
When the Al content is less than 01% by weight, an Al-enriched phase is hardly formed, and when the Al content is more than 0.3% by weight, defects such as pinholes are liable to occur at the time of pipe making. Then, 0.01-0.
The Al content was determined in the range of 3% by weight.
【0027】以上の合金成分の含有量特定に加え、本発
明においては、更にC,N,Nb,Ti及びAlの各合
金元素の間に関係式(1)及び(2)を成立させてい
る。 Nb+Ti≧7(C+N)+0.15 ・・・・(1) P=5Ti+20(Al−0.01)≧1.0 ・・・・(2) 関係式(1)は、本発明者等の実験によって求められた
ものであり、排ガス結露環境下の溶接部において耐粒界
腐食性を確保するために必要な固定化元素の量を求める
ための指標である。Nb+Tiが7(C+N)+0.1
5未満であると、車両走行中に溶接部が排ガスによる加
熱で鋭敏化し、粒界腐食感受性が増大する。これを防止
するため、Nb+Tiを7(C+N)+0.15以上に
することが必要である。In addition to specifying the contents of the above alloy components, in the present invention, the relational expressions (1) and (2) are further established between the respective alloying elements of C, N, Nb, Ti and Al. . Nb + Ti ≧ 7 (C + N) +0.15 (1) P = 5Ti + 20 (Al−0.01) ≧ 1.0 (2) The relational expression (1) is an experiment by the present inventors. It is an index for obtaining the amount of the fixing element necessary for securing the intergranular corrosion resistance in the welded portion under the exhaust gas dew condensation environment. Nb + Ti is 7 (C + N) +0.1
If it is less than 5, the welded portion becomes sensitized by heating by the exhaust gas during running of the vehicle, and the intergranular corrosion susceptibility increases. In order to prevent this, it is necessary to make Nb + Ti more than 7 (C + N) +0.15.
【0028】関係式(2)は、排ガス結露環境、すなわ
ち排ガスによる加熱と亜硫酸イオンを含んだ凝縮水によ
る腐食に対する抵抗性を示す指標である。P=5Ti+
20(Al−0.01)で定義されるP値が1.0未満
では、2.0以上のAl濃縮比をもった不動態皮膜が形
成されず、Ti及びAlの複合添加に基づく十分な耐食
性を確保できない。この点で、1.0以上のP値が必要
である。更に、関係式(3)を満足させることが好まし
い。 Ti/Nb<0.5 ・・・・(3) 関係式(3)は、耐食性及び高周波造管性を同時に満足
するために好ましい成分範囲を実験的に求めたものであ
る。すなわち、耐粒界腐食性や耐湿食性の面からは十分
な量のTiを含有させることが好ましいが、多量の添加
は高周波造管性を阻害すると共に、表面疵発生の原因に
なる。したがって、耐粒界腐食性に対してTiと同様の
作用を呈するNbを複合添加することによって、高周波
造管性を確保する。The relational expression (2) is an index showing the exhaust gas dew condensation environment, that is, the resistance to the heating by the exhaust gas and the corrosion by the condensed water containing the sulfite ion. P = 5Ti +
When the P value defined by 20 (Al-0.01) is less than 1.0, a passivation film having an Al concentration ratio of 2.0 or more is not formed, and a sufficient amount based on the combined addition of Ti and Al is not obtained. Corrosion resistance cannot be secured. In this regard, a P value of 1.0 or more is required. Further, it is preferable to satisfy the relational expression (3). Ti / Nb <0.5 (3) The relational expression (3) is obtained by experimentally determining a preferable component range for simultaneously satisfying the corrosion resistance and the high-frequency tube forming property. That is, from the viewpoint of intergranular corrosion resistance and wet corrosion resistance, it is preferable to include a sufficient amount of Ti, but a large amount of addition impairs high-frequency tube forming properties and causes surface defects. Therefore, high-frequency pipe forming property is ensured by adding Nb, which exhibits the same effect as Ti with respect to intergranular corrosion resistance, in a complex manner.
【0029】[0029]
【実施例】表2に示す化学成分を有するステンレス鋼を
溶製し、熱間圧延によって板厚3.5mmの熱延板を製
造した。この熱延板を板厚1.2mmまで冷間圧延し、
1000〜1050℃で仕上げ焼鈍した後、60℃に保
持した5%硝酸中における電流密度2.5A/dm2 で
の電解処理及び55℃に保持した6%硝酸−0.5%フ
ッ酸の混合酸液への浸漬処理を含む酸洗処理を施した。
表2における鋼No.1〜4は、本発明で規定する成分組
成範囲にあるステンレス鋼であり、何れも固定化元素と
してNb及びTiを複合添加し、微量元素としてCu及
びAlを含有しており、且つ関係式(1)〜(3)を全
て満足する。EXAMPLE A stainless steel having the chemical composition shown in Table 2 was melted and hot rolled to produce a hot-rolled sheet having a thickness of 3.5 mm. This hot rolled sheet is cold-rolled to a thickness of 1.2 mm,
After final annealing at 1000 to 1050 ° C., electrolytic treatment at a current density of 2.5 A / dm 2 in 5% nitric acid kept at 60 ° C. and mixing of 6% nitric acid-0.5% hydrofluoric acid kept at 55 ° C. An acid washing treatment including an immersion treatment in an acid solution was performed.
Steel Nos. 1 to 4 in Table 2 are stainless steels in the component composition range specified in the present invention, each of which contains Nb and Ti as a fixing element in a complex addition and contains Cu and Al as trace elements. And all the relational expressions (1) to (3) are satisfied.
【0030】鋼No.11〜21は、鋼No.1〜4と同じ
履歴で製造された比較用のステンレス鋼である。そのう
ち、鋼No.11及び12はCr含有量が低いステンレス
鋼、鋼No.13〜15はMo含有量が低いステンレス
鋼、鋼No.16及び17はTi無添加ステンレス鋼及び
Ti含有量が低いステンレス鋼、鋼No.18はNbを添
加していないTi単独添加のステンレス鋼、鋼No.19
はAl含有量が低いステンレス鋼、鋼No.12及び20
はCu無添加のステンレス鋼、鋼No.21は本発明範囲
を外れた0.5重量%のCuを含有させたステンレス鋼
である。また、P値は、鋼No.18及び20を除き、何
れも1.0を下回っている。Steel Nos. 11 to 21 are comparative stainless steels manufactured with the same history as Steel Nos. 1 to 4. Among them, steel Nos. 11 and 12 are stainless steels having a low Cr content, steels Nos. 13 to 15 are stainless steels having a low Mo content, and steels Nos. 16 and 17 are stainless steels free of Ti and having a low Ti content. Stainless steel and steel No. 18 are stainless steel and steel No. 19 to which Ti alone is added without adding Nb.
Are stainless steel with low Al content, steel Nos. 12 and 20
Is stainless steel containing no Cu, and steel No. 21 is a stainless steel containing 0.5% by weight of Cu, which is out of the range of the present invention. Further, the P value is less than 1.0 except for steel Nos. 18 and 20.
【表2】 [Table 2]
【0031】各ステンレス鋼から幅50mm及び長さ1
20mmの試験片を切り出し、図1を使用して説明した
煮沸・結露試験に供した。試験結果を、図2〜4に示
す。なお、図2〜4で各記号に付した番号は、表2に示
した鋼No.に相当する。図2〜4から明らかなように、
Cr,Mo及びTiを一定量含有させることによって、
亜硫酸イオンを含む腐食環境下において耐食性改善効果
が得られていることが判る。そして、本発明ステンレス
鋼では、何れも最大侵食深さが0.1mm以下になって
いる。これに対し、Cr,Mo及びTiの含有量が本発
明範囲にある場合でも、Al含有量が0.01重量%未
満で且つP値が1.0未満である鋼No.19では、耐湿
食性改善効果がみられない。From each stainless steel, a width of 50 mm and a length of 1
A test piece of 20 mm was cut out and subjected to the boiling / condensation test described with reference to FIG. The test results are shown in FIGS. The numbers given to the respective symbols in FIGS. 2 to 4 correspond to the steel No. shown in Table 2. As is clear from FIGS.
By containing a certain amount of Cr, Mo and Ti,
It can be seen that the corrosion resistance improving effect was obtained in a corrosive environment containing sulfite ions. The maximum erosion depth of each of the stainless steels of the present invention is 0.1 mm or less. On the other hand, even when the contents of Cr, Mo and Ti are within the range of the present invention, the steel No. 19 having an Al content of less than 0.01% by weight and a P value of less than 1.0 has a wet corrosion resistance. No improvement effect is seen.
【0032】鋼No.1及び19の酸洗材について、グロ
ー放電発光分析装置を使用して表面分析し、深さ方向に
関する各元素の濃度変化を調べた。調査結果を示す図6
から明らかなように、P値が1.0以上の鋼No.1のス
テンレス鋼酸洗材では、表面に形成されている不動態皮
膜にAlの濃縮が検出された。しかし、Al含有量が低
く且つP値が1.0を下回っている鋼No.19のステン
レス鋼酸洗材では、不動態皮膜にAlの濃縮が検出され
なかった。また、不動態皮膜と基材との間のCr濃度の
低下は、鋼No.19に比較して鋼No.1のステンレス鋼
酸洗材では小さく、Cr欠乏層の生成がAlによって抑
制されていることが判る。The pickling materials of steel Nos. 1 and 19 were subjected to surface analysis using a glow discharge optical emission spectrometer, and the change in the concentration of each element in the depth direction was examined. Figure 6 showing the survey results
As is clear from the above, in the stainless steel pickling material of steel No. 1 having a P value of 1.0 or more, enrichment of Al was detected in the passive film formed on the surface. However, in the stainless steel pickling material of steel No. 19 having a low Al content and a P value of less than 1.0, no concentration of Al was detected in the passive film. Further, the decrease in the Cr concentration between the passivation film and the base material is smaller in the stainless steel pickling material of steel No. 1 than in steel No. 19, and the formation of a Cr deficient layer is suppressed by Al. It turns out that there is.
【0033】図2〜4に示した煮沸・結露試験の結果を
含めた各種試験結果を表3に示す。表3における表面疵
発生の有無は、目視観察により判定し、表面疵の発生が
みられないものを○,表面疵が発生したものを×として
評価した。また、耐食性は、図1に示した加熱を加えた
条件で煮沸・結露試験を行った試験片の最大侵食深さを
グレード別に判定し、最大侵食深さが0.1mm以下を
○,0.1〜0.15mmを△,0.15mm以上を×
として評価した。更に、高周波造管性は、造管後のパイ
プの扁平試験結果で判定し、割れが発生したものを×,
ピンホールが検出されたものを△,割れ及びピンホール
共にないものを○として評価した。Table 3 shows the results of various tests including the results of the boiling and condensation tests shown in FIGS. The presence or absence of surface flaws in Table 3 was determined by visual observation, and those with no surface flaws were evaluated as ,, and those with surface flaws were evaluated as x. In addition, the corrosion resistance was evaluated by grade for the maximum erosion depth of the test pieces subjected to the boiling and dew condensation tests under the conditions of heating shown in FIG. 1 to 0.15mm △, 0.15mm or more ×
Was evaluated. Furthermore, the high-frequency pipe formability was determined by the results of a flat test of the pipe after pipe formation.
A sample in which a pinhole was detected was evaluated as Δ, and a sample in which neither a crack nor a pinhole was evaluated as ○.
【表3】 [Table 3]
【0034】表3から明らかなように、P値が1.0を
上回っている鋼No.1〜4,18及び20のステンレス
鋼は、良好な耐食性を示している。しかし、鋼No.18
の比較鋼ではTi含有量が高く、鋼No.12及び20の
比較鋼ではCuを含んでいないため、造管後の扁平試験
でピンホール又は割れが発生していた。また、鋼No.1
8の比較鋼では、Tiの過剰添加によって高周波造管性
が阻害されるだけではなく、表面疵の発生もみられた。
本発明における(C+N)量の上限が0.03重量%で
あることから、C及びNの固定化元素としてTiのみを
添加する場合を仮定すると、粒界腐食の発生を防ぐため
に7(C+N)+0.15=0.395重量%以上のT
iを含有させることが必要である。しかし、このように
多量のTiを含有させるとき、表面疵が発生し易くなっ
ている。そこで、Ti含有量を低減し、複合でNbとの
固定化元素を添加するとき、表面疵を発生させることな
くC及びNを固定し、耐粒界腐食性を向上させることが
できた。また、Cuについては、無添加の場合も過剰添
加の場合も高周波造管性に悪影響を及ぼしており、微量
で且つ適量のCuを含有させる必要があることが判る。As is evident from Table 3, the stainless steels Nos. 1-4, 18 and 20 having a P value exceeding 1.0 exhibit good corrosion resistance. However, steel No. 18
Since the comparative steel of No. has a high Ti content, and the comparative steels of steel Nos. 12 and 20 do not contain Cu, pinholes or cracks were generated in the flat test after pipe making. In addition, steel No. 1
In Comparative Steel No. 8, not only the high-frequency tube forming property was impaired by excessive addition of Ti, but also surface flaws were observed.
Since the upper limit of the amount of (C + N) in the present invention is 0.03% by weight, assuming that only Ti is added as an element for fixing C and N, 7 (C + N) is required to prevent intergranular corrosion. + 0.15 = 0.395% by weight or more of T
It is necessary to contain i. However, when such a large amount of Ti is contained, surface flaws are easily generated. Therefore, when the Ti content was reduced and the element for fixing with Nb was added in a composite, C and N were fixed without generating surface flaws, and the intergranular corrosion resistance could be improved. In addition, it is found that the case where Cu is not added and the case where Cu is added excessively have an adverse effect on the high-frequency tube forming property, and it is necessary to contain a trace amount and an appropriate amount of Cu.
【0035】[0035]
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、各合金元素間の成分調整を図ることにより、排ガス
結露環境で主な腐食要因である亜硫酸イオンを含む溶液
中で優れた耐食性を呈し、且つ加工性及び高周波造管性
を満足する排ガス流路部材用フェライト系ステンレス鋼
が得られる。また、排ガス結露環境における耐食性は、
Al濃縮層を有する不動態皮膜を形成することにより一
層向上する。このフェライト系ステンレス鋼は、耐湿食
性が問題となるマフラーの各種部位や高周波造管性が要
求される各種パイプに対しても、同一の素材を使用し、
且つ従来の材料と同じ履歴で製造することが可能とな
る。また、Tiを多量に含有している従来のステンレス
鋼に比較して表面疵が発生し難いため、冷延工程での歩
留りが高く、比較的安価に製造することができる。As described above, in the present invention, by controlling the composition of each alloy element, excellent corrosion resistance can be obtained in a solution containing sulfite ions, which is a main corrosive factor in an exhaust gas condensation environment. A ferritic stainless steel for an exhaust gas flow path member exhibiting and satisfying workability and high-frequency pipe forming property can be obtained. In addition, the corrosion resistance in the exhaust gas dew environment
It is further improved by forming a passive film having an Al-enriched layer. This ferritic stainless steel uses the same material for various parts of the muffler where moisture corrosion resistance is a problem and for various pipes that require high-frequency pipe forming,
In addition, it is possible to manufacture with the same history as a conventional material. In addition, since surface flaws are less likely to occur as compared with conventional stainless steel containing a large amount of Ti, the yield in the cold rolling step is high, and it can be manufactured relatively inexpensively.
【図1】 排ガス結露環境をシミュレートした腐食試験
法を説明する図FIG. 1 is a diagram illustrating a corrosion test method simulating an exhaust gas dew condensation environment.
【図2】 腐食後の耐食性に関しCr含有量が最大侵食
深さに与える影響を表したグラフFIG. 2 is a graph showing the effect of the Cr content on the maximum erosion depth with respect to corrosion resistance after corrosion.
【図3】 腐食後の耐食性に関しMo含有量が最大侵食
深さに与える影響を表したグラフFIG. 3 is a graph showing the effect of the Mo content on the maximum erosion depth with respect to corrosion resistance after corrosion.
【図4】 腐食後の耐食性に関しTi含有量が最大侵食
深さに与える影響を表したグラフFIG. 4 is a graph showing the effect of the Ti content on the maximum erosion depth with respect to corrosion resistance after corrosion.
【図5】 隙間腐食性に関しCu含有量が最大侵食深さ
に与える影響を表したグラフFIG. 5 is a graph showing the effect of Cu content on the maximum pit depth with regard to crevice corrosion.
【図6】 不動態皮膜が形成されたステンレス鋼酸洗材
の表面部における元素の濃度勾配を表したグラフFIG. 6 is a graph showing the concentration gradient of elements at the surface of a stainless steel pickling material having a passivation film formed thereon.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉本 育弘 山口県新南陽市野村南町4976番地 日新 製鋼株式会社鉄鋼研究所内 (56)参考文献 特開 平5−70899(JP,A) 特開 平5−271880(JP,A) 特開 平4−17615(JP,A) 特開 昭49−59021(JP,A) 特開 昭63−118011(JP,A) 特開 平2−115346(JP,A) 特開 平4−80347(JP,A) 特開 昭62−112757(JP,A) 特開 昭49−31523(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 - 38/60 C21D 9/46 - 9/48 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Ikuhiro Sugimoto 4976 Nomura Minami-cho, Shinnanyo-shi, Yamaguchi Prefecture Inside Nisshin Steel Corporation Steel Research Laboratory (56) References JP-A-5-70899 (JP, A) JP-A Heihei 5-271880 (JP, A) JP-A-4-17615 (JP, A) JP-A-49-59021 (JP, A) JP-A-63-118011 (JP, A) JP-A-2-115346 (JP, A) A) JP-A-4-80347 (JP, A) JP-A-62-112757 (JP, A) JP-A-49-31523 (JP, A) (58) Fields studied (Int. Cl. 7 , DB name ) C22C 38/00-38/60 C21D 9/46-9/48
Claims (2)
1〜0.5重量%,Mn:0.4重量%以下,P:0.
04重量%以下,S:0.01重量%以下,Ni:0.
6重量%以下,Cr:18〜23重量%,Mo:1.3
〜2.5重量%,Cu:0.1〜0.3重量%,Nb:
0.1〜0.6重量%,Ti:0.05〜0.3重量
%,Al:0.01〜0.3重量%及びN:0.02重
量%以下を含み、残部がFe及び不可避的不純物からな
り、且つC+N≦0.03重量%及びNb+Ti≧7
(C+N)+0.15の関係が成立し、更にP=5Ti
+20(Al−0.01)で定義されるP値が1.0以
上であるフェライト系ステンレス鋼を基材とし、該基材
の表面に形成されている不動態皮膜がAl濃縮層を有
し、最もAlが濃縮している部分のAl量が前記基材に
含まれているAl量の2倍以上であることを特徴とする
排ガス流路部材用フェライト系ステンレス鋼。1. C: 0.015% by weight or less, Si: 0.
1 to 0.5% by weight, Mn: 0.4% by weight or less, P: 0.
04% by weight or less, S: 0.01% by weight or less, Ni: 0.
6% by weight or less, Cr: 18 to 23% by weight, Mo: 1.3
To 2.5% by weight, Cu: 0.1 to 0.3% by weight, Nb:
0.1 to 0.6% by weight, Ti: 0.05 to 0.3% by weight, Al: 0.01 to 0.3% by weight and N: 0.02% by weight or less, with the balance being Fe and inevitable From impurities
And C + N ≦ 0.03% by weight and Nb + Ti ≧ 7
(C + N) +0.15 holds, and P = 5Ti
The base material is a ferritic stainless steel having a P value defined by +20 (Al-0.01) of 1.0 or more, and the passivation film formed on the surface of the base material has an Al-enriched layer. A ferritic stainless steel for an exhaust gas flow channel member, wherein the amount of Al in a portion where Al is most concentrated is at least twice the amount of Al contained in the base material.
1〜0.5重量%,Mn:0.4重量%以下,P:0.
04重量%以下,S:0.01重量%以下,Ni:0.
6重量%以下,Cr:18〜23重量%,Mo:1.3
〜2.5重量%,Cu:0.1〜0.3重量%,Nb:
0.1〜0.6重量%,Ti:0.05〜0.3重量
%,Al:0.01〜0.3重量%及びN:0.02重
量%以下を含み、残部がFe及び不可避的不純物からな
り、且つC+N≦0.03重量%及びNb+Ti≧7
(C+N)+0.15の関係が成立し、更にP=5Ti
+20(Al−0.01)で定義されるP値が1.0以
上であるフェライト系ステンレス鋼製の基材を焼鈍した
後、硝酸中での電解処理及び硝酸−フッ酸の混合酸液中
への浸漬処理を含む酸洗を施すことにより請求項1記載
の不動態皮膜を前記基材の表面に形成することを特徴と
する排ガス流路部材用フェライト系ステンレス鋼の製造
方法。2. C: 0.015% by weight or less, Si: 0.
1 to 0.5% by weight, Mn: 0.4% by weight or less, P: 0.
04% by weight or less, S: 0.01% by weight or less, Ni: 0.
6% by weight or less, Cr: 18 to 23% by weight, Mo: 1.3
To 2.5% by weight, Cu: 0.1 to 0.3% by weight, Nb:
0.1 to 0.6% by weight, Ti: 0.05 to 0.3% by weight, Al: 0.01 to 0.3% by weight and N: 0.02% by weight or less, with the balance being Fe and inevitable From impurities
And C + N ≦ 0.03% by weight and Nb + Ti ≧ 7
(C + N) +0.15 holds, and P = 5Ti
After annealing a base material made of ferritic stainless steel having a P value defined by +20 (Al-0.01) of 1.0 or more, electrolytic treatment in nitric acid and nitric acid-hydrofluoric acid mixed acid solution A method for producing a ferritic stainless steel for an exhaust gas flow channel member, wherein the passivation film according to claim 1 is formed on a surface of the base material by performing pickling including immersion treatment on the base material.
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