JP5504778B2 - 拡散接合しにくいステンレス箔およびその製造方法 - Google Patents
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C:0.05%以下
C量が0.05%を超えると高温強度の低下や耐酸化性の低下を招くとともに、靱性が劣化し、冷間圧延が困難になる。このため、C量は0.05%以下、好ましくは0.02%以下とする。
Si量が2.0%を超えると靱性が劣化し、冷間圧延が困難になる。このため、Si量は2.0%以下、好ましくは1.0%以下とする。
Mnは予備脱酸剤として有効な元素であるが、ステンレス箔中に残存すると耐酸化性や耐食性を低下させるので、その量は少ないほど好ましい。経済的な鋼の溶製技術を考慮して、Mn量は1.0%以下、好ましくは0.5%以下とする。
Crは高温での強度を確保するために必要不可欠な元素であり、特に、より高温で過酷な熱サイクルの環境下に曝される触媒コンバータの変形防止の観点から重要な元素である。その量が13.0%未満では800℃以上の高温域で十分な高温強度が得られず、また、オーステナイト組織が生成するため、触媒コンバータの変形を防止できない。一方、Cr量が30.0%を超えると靱性が劣化し、冷間圧延が困難になる。このため、Cr量は13.0〜30.0%、好ましくは15.0〜25.0%とする。
AlはFeやCrよりも優先的に酸化され、箔表面にAl2O3を含む酸化皮膜を形成し、高温での耐酸化性を著しく向上させる元素である。Al量が3.0%未満だと連続的にAl2O3を含む酸化皮膜を形成できず、十分な耐酸化性を確保できないばかりか、CrやFeの酸化物が多量に形成されてロウ付け性を損なうことになる。一方、Al量が10.0%を超えると冷間圧延やコルゲート加工が困難になる。このため、Al量は3.0〜10.0%、好ましくは3.2〜7.5%とする。
Cの場合と同様、N量が0.10%を超えると靱性が劣化し、冷間圧延が困難になる。このため、N量は0.10%以下、好ましくは0.05%以下とする。
Ti量が0.02%を超えるとAl2O3を含む酸化皮膜中にTi酸化物が混入し、ロウ付け性を損なうばかりか、耐酸化性を低下させる。このため、Ti量は0.02%以下、好ましくは0.01%以下とする。
Zrは鋼中のCやNと結合し、高温強度を上昇させるとともに、クリープ特性を改善する。同時に靱性を向上し、冷間圧延を容易にするので、特に、Al含有量の高い本発明のような鋼では積極的に添加される。また、Zrは、Al2O3を含む酸化皮膜中にCr、Fe、Tiの酸化物が混入するのを防ぐ効果もある。この理由は明確ではないが、酸化物形成の自由エネルギーの違いによるものと推察される。こうした効果を発現するには、Zr量を0.005%以上とする必要がある。一方、Zr量が0.20%を超えるとCrやFeなどと金属間化合物を形成し、靱性が劣化し、冷間圧延が困難になる。このため、Zr量は0.005〜0.20%、好ましくは0.02〜0.06%とする。
本発明におけるREMはLa、Ce、Nd、Smなどの希土類元素のことである。こうしたREMは、一般的に、Al2O3を含む酸化皮膜の密着性を改善し、繰り返し酸化における密着性向上に極めて顕著な効果を有する。REM量が0.03%未満ではこのような効果が得られず、Al2O3を含む酸化皮膜の剥離が起こり、拡散接合を引き起こしたり、耐酸化性を低下させる。一方、REM量が0.20%を超えると靱性が劣化し、冷間圧延が困難になる。このため、REM量は0.03〜0.20%、好ましくは0.05〜0.10%とする。
HfはAl2O3中のOの鋼板内への拡散を抑制し、耐酸化性を向上させる。こうした効果を得るには、Hf量を0.01%以上にする必要がある。一方、Hf量が0.20%を超えるとCrやFeなどと金属間化合物を形成し、靱性が劣化し、冷間圧延が困難になる。このため、Hf量は0.01〜0.20%、好ましくは0.01〜0.10%とする。
Ca、Mgは理想的な耐酸化性が得られるAl2O3を含む酸化皮膜の形成を助長する効果を有する。こうした効果は、Ca量が0.0010%以上、Mg量が0.0015%以上で顕著となる。一方、Ca量が0.0300%、Mg量が0.0300%を超えると靱性が劣化し、冷間圧延が困難になるばかりか、耐酸化性を低下させる。このため、Ca:0.0010〜0.0300%、Mg:0.0015〜0.0300%、好ましくはCa:0.0020〜0.0070%、Mg:0.0020〜0.0100%とする。
ステンレス箔でできたハニカム構造の触媒コンバータにおいて拡散接合を防ぐには、ステンレス箔同士の接触を防ぐことが効果的である。そのため、ステンレス箔の表面をAl2O3を含む酸化皮膜で被ったり、表面粗度Raを制御して接触面積を低減することが有効である。
上述したように、本発明であるステンレス箔は、本発明の組成を有し、本発明の表面粗度Raを有するステンレス箔に、露点-20℃以上の不活性ガス雰囲気中で500〜1000℃で10〜600秒の熱処理を施す方法により製造できる。これは、露点-20℃以上の不活性ガス雰囲気であれば、アルゴンや水素などの酸素を含まない雰囲気中でも短時間に酸化皮膜を形成できるためである。このとき、露点-20℃以上の不活性ガス雰囲気中で500〜1000℃で10〜600秒の熱処理の前に、露点-30℃以下の不活性ガス雰囲気中で700〜1000℃で30秒以上の熱処理を施すとAl2O3の皮膜厚みが全皮膜厚みの80%以上の酸化皮膜を形成することができる。ここでいう不活性ガス雰囲気とは、不可避的不純物として酸素を含む雰囲気であり、例えばアルゴン、水素、アンモニア分解ガスなどの雰囲気を指す。このような低露点の不活性ガス雰囲気中、すなわち熱力学的にCrやFeが酸化されない雰囲気で事前に予備処理をすることにより、純粋なAl2O3の連続的な皮膜を形成でき、その後の酸化処理においても、Al2O3比率の高い酸化皮膜を形成できる。このことにより、拡散接合を阻止できるばかりか、耐酸化性も大幅に向上できる。
Claims (3)
- 質量%で、C:0.05%以下、Si:2.0%以下、Mn:1.0%以下、Cr:13.0〜30.0%、Al:3.0〜10.0%、N:0.10%以下、Ti:0.02%以下、Zr:0.005〜0.20%、REM:0.03〜0.20%、Ca:0.0010〜0.0300%、Mg:0.0015〜0.0300%を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有し、表面には皮膜厚みが30〜200nmであり、そのうちAl2O3の皮膜厚みが全皮膜厚みの50%以上を占める酸化皮膜を有し、かつ表面粗度Raが0.5〜1.5μmであることを特徴とする拡散接合しにくいステンレス箔。
- さらに、質量%で、Hf:0.01〜0.20%を含むことを特徴とする請求項1に記載の拡散接合しにくいステンレス箔。
- 請求項1または2に記載の組成を有し、かつ請求項1に記載の表面粗度Raを有するステンレス箔に、露点-20℃以上の雰囲気中で500〜1000℃で10〜600秒の熱処理を施すことを特徴とする、表面に、皮膜厚みが30〜200nmであり、そのうちAl 2 O 3 の皮膜厚みが全皮膜厚みの50%以上を占める酸化皮膜を有する拡散接合しにくいステンレス箔の製造方法。
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