JP6452351B2 - 耐ギ酸性に優れたステンレス鋼 - Google Patents
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Description
この発明は、例えば、自動車燃料ポンプ部材や燃焼供給系部品などに使用される汎用ステンレス鋼材に関し、劣化ガソリンのようなギ酸が含まれる環境においても、優れた耐食性を有するステンレス鋼に関する。
従来技術とその問題点について説明する。従来の技術では、例えば、自動車燃料ポンプ部材には、高い強度と耐食性が求められることから、汎用のマルテンサイト系ステンレス鋼が使用されている。さらに、燃焼供給系部品などにも耐食性が求められるため、汎用のフェライト系ステンレス鋼が使用されることがある。これらは良質なガソリンに対しては耐食性に問題はないものの、劣化ガソリンのようなギ酸が含まれる環境での耐食性に関しては考慮されていない。
その他の従来技術としては、自動車エンジン用燃料噴射装置の材料として、Ｃ量を低下させ、Ｍｏを添加することで耐食性を改善した鋼が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、このものは、メタノールに対する耐食性は考慮されているが、ギ酸に対する耐食性は考慮されていない。
さらに、燃料噴射ノズル材や、内燃機関用オイルリング材として、ＮｂやＶやＣｕを添加することで耐カルボン酸性を向上した鋼が提案されている（例えば、燃料噴射ノズル材としては特許文献２参照、内燃機関用オイルリング材としては特許文献３参照。）。しかし、これらは、いずれも耐ギ酸性に及ぼすＣｒ炭化物の影響が考慮されていない。
また、燃料タンクや燃料パイプ用のフェライト系ステンレス鋼板として、ＭｏやＶを添加することで劣化ガソリンに対する耐食性向上させたフェライト系ステンレス鋼が提案されている（例えば、特許文献４参照。）。しかし、このものは、ＭｏやＶが高価な元素であるため、コスト増を招く問題がある。
本発明が解決しようとする課題は、劣化ガソリンのようなギ酸が存在する自動車の燃料ポンプ部材や燃焼供給系の部品などにおける環境では、これらの部材や部品などの材料の腐食が懸念されるので、ギ酸に対する優れた耐食性を有するステンレス鋼を提供することである。
課題を解決するための本発明の手段は、請求項１の手段では、質量％で、Ｃ：０．０１０〜０．７５０％、Ｓｉ：０．１０〜１．００％、Ｍｎ：０．１０〜１．００％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：１１．００〜１８．００％、Ｎｉ：２．００％以下、Ｍｏ：３．００％以下、Ｃｕ：０．１０〜２．００％、Ｎ：０．０１〜０．１０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、かつ（Ｃｒ＋１．５Ｍｏ）×Ｃは８．５０以下、および５８Ｎｉ＋Ｃｒ＋９２Ｍｏ＋２５９Ｃｕは１３６以上とすることを特徴とする耐ギ酸性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼である。
請求項２の手段では、請求項１の化学成分に加えて、質量％で、Ｔｉ：０．１０〜２．００％、Ｎｂ：０．１０〜２．００％、Ｖ：０．１０〜２．００％、Ｔａ：０．１０〜２．００％、Ｚｒ：０．１０〜２．００％のうちのいずれか１種または２種以上を０．１０〜２．００％含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、かつ（Ｃｒ＋１．５Ｍｏ）×Ｃは８．５０以下、および５８Ｎｉ＋Ｃｒ＋９２Ｍｏ＋２５９Ｃｕは１３６以上とすることを特徴とする耐ギ酸性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼である。
請求項３の手段では、請求項１の化学成分に加えて、質量％で、Ｂ：０．００１〜０．０１０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、かつ（Ｃｒ＋１．５Ｍｏ）×Ｃは８．５０以下、および５８Ｎｉ＋Ｃｒ＋９２Ｍｏ＋２５９Ｃｕは１３６以上とすることを特徴とする耐ギ酸性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼である。
請求項４の手段では、請求項１の化学成分に加えて、質量％で、Ｔｉ：０．１０〜２．００％、Ｎｂ：０．１０〜２．００％、Ｖ：０．１０〜２．００％、Ｔａ：０．１０〜２．００％、Ｚｒ：０．１０〜２．００％のうちのいずれか１種または２種以上を０．１０〜２．００％含有し、さらに、Ｂ：０．００１〜０．０１０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、かつ（Ｃｒ＋１．５Ｍｏ）×Ｃは８．５０以下、および５８Ｎｉ＋Ｃｒ＋９２Ｍｏ＋２５９Ｃｕは１３６以上とすることを特徴とする耐ギ酸性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼である。
鋼である。
鋼である。
本願の請求項１〜４の手段のマルテンサイト系ステンレス鋼は、ＭｏやＶなどの高価な元素の含有量を抑制しているにもかかわらず、自動車の燃料ポンプ部材や燃焼の供給系部品などの鋼材として使用されるとき、劣化ガソリンのようなギ酸が含まれる環境下において優れた耐食性を有する。
本発明の実施するための形態に先立って、本願の請求項に係る発明の化学成分の限定理由について説明する。なお、以下の各化学成分における％は、質量％である。
Ｃ：０．０１０〜０．７５０％
Ｃは、請求項１〜４の発明に係るマルテンサイト系ステンレス鋼において、焼入焼戻し硬さおよび強度を確保して、自動車の燃料ポンプの部材や燃料の供給系の部品などの硬さと強度を保持するために必要な元素である。このために、Ｃは０．０１０％以上を必要とする。ところで、この請求項１〜４の鋼はマルテンサイト系ステンレス鋼であるので、Ｃの含有量はフェライト系ステンレス鋼よりも高いが、Ｃが０．７５０％を超えて鋼中に含有されると、ギ酸が含まれる環境下における耐食性が低下する。そこで、請求項１〜４のマルテンサイト系ステンレス鋼では、Ｃは０．０１０〜０．７５０％とする。
Ｃは、請求項１〜４の発明に係るマルテンサイト系ステンレス鋼において、焼入焼戻し硬さおよび強度を確保して、自動車の燃料ポンプの部材や燃料の供給系の部品などの硬さと強度を保持するために必要な元素である。このために、Ｃは０．０１０％以上を必要とする。ところで、この請求項１〜４の鋼はマルテンサイト系ステンレス鋼であるので、Ｃの含有量はフェライト系ステンレス鋼よりも高いが、Ｃが０．７５０％を超えて鋼中に含有されると、ギ酸が含まれる環境下における耐食性が低下する。そこで、請求項１〜４のマルテンサイト系ステンレス鋼では、Ｃは０．０１０〜０．７５０％とする。
Ｓｉ：０．１０〜１．００％
Ｓｉは、フェライト系ステンレス鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼にかかわらず、脱酸元素であり、その効果を得るにはＳｉは０．１０％以上を必要とする。しかし、Ｓｉが１．００％を超えて含有されると、靱性が低下する。そこで、Ｓｉは０．１０〜１．００％とする。
Ｓｉは、フェライト系ステンレス鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼にかかわらず、脱酸元素であり、その効果を得るにはＳｉは０．１０％以上を必要とする。しかし、Ｓｉが１．００％を超えて含有されると、靱性が低下する。そこで、Ｓｉは０．１０〜１．００％とする。
Ｍｎ：０．１０〜１．００％
Ｍｎは、フェライト系ステンレス鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼にかかわらず、脱酸元素であり、その効果を得るにはＭｎは０．１０％以上を必要とする。しかし、Ｍｎが１．００％より多く含有されると、耐食性が低下する。そこで、Ｍｎは０．１０〜１．００％とする。
Ｍｎは、フェライト系ステンレス鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼にかかわらず、脱酸元素であり、その効果を得るにはＭｎは０．１０％以上を必要とする。しかし、Ｍｎが１．００％より多く含有されると、耐食性が低下する。そこで、Ｍｎは０．１０〜１．００％とする。
Ｐ：０．０４０％以下
Ｐは、フェライト系ステンレス鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼にかかわらず、不要な元素で、多く含有されると耐食性、熱間加工性を劣化させるため上限を０．０４０％とする。
Ｐは、フェライト系ステンレス鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼にかかわらず、不要な元素で、多く含有されると耐食性、熱間加工性を劣化させるため上限を０．０４０％とする。
Ｓ：０．０３０％以下
Ｓは、フェライト系ステンレス鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼にかかわらず、不要な元素で、多く含有されると硫化物を形成して熱間加工性を低下させるため上限を０．０３０％とする。
Ｓは、フェライト系ステンレス鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼にかかわらず、不要な元素で、多く含有されると硫化物を形成して熱間加工性を低下させるため上限を０．０３０％とする。
Ｃｒ：１１．００〜１８．００％
Ｃｒは、請求項１〜４の発明に係るマルテンサイト系ステンレス鋼において、Ｃ量がフェライト系ステンレス鋼に比して多いので、焼入によりマルテンサイト組織となるものであるが、自動車の燃料ポンプの部材や燃料の供給系の部品などの耐食性を確保するために必要である。このために、Ｃｒは１１．００％以上を必要とする。しかし、Ｃｒが１８．００％より多く含有されると、靱性および加工性が低下する。請求項１〜４のマルテンサイト系ステンレス鋼では、Ｃｒは１１．００〜１８．００％とする。
Ｃｒは、請求項１〜４の発明に係るマルテンサイト系ステンレス鋼において、Ｃ量がフェライト系ステンレス鋼に比して多いので、焼入によりマルテンサイト組織となるものであるが、自動車の燃料ポンプの部材や燃料の供給系の部品などの耐食性を確保するために必要である。このために、Ｃｒは１１．００％以上を必要とする。しかし、Ｃｒが１８．００％より多く含有されると、靱性および加工性が低下する。請求項１〜４のマルテンサイト系ステンレス鋼では、Ｃｒは１１．００〜１８．００％とする。
Ｎｉ：２．００％以下
Ｎｉは、フェライト系ステンレス鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼にかかわらず、耐ギ酸性を改善する効果を有する。しかし、Ｎｉが２．００％より多いと熱間加工性を低下させる。そこで、Ｎｉは２．００％以下とする。
Ｎｉは、フェライト系ステンレス鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼にかかわらず、耐ギ酸性を改善する効果を有する。しかし、Ｎｉが２．００％より多いと熱間加工性を低下させる。そこで、Ｎｉは２．００％以下とする。
Ｍｏ：３．００％以下
Ｍｏは、フェライト系ステンレス鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼にかかわらず、耐ギ酸性を改善する効果を有する。しかし、Ｍｏは高価な元素であり、Ｍｏが３．００％より多く含有されるとコスト増となる。そこで、Ｍｏは３．００％以下とする。
Ｍｏは、フェライト系ステンレス鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼にかかわらず、耐ギ酸性を改善する効果を有する。しかし、Ｍｏは高価な元素であり、Ｍｏが３．００％より多く含有されるとコスト増となる。そこで、Ｍｏは３．００％以下とする。
Ｃｕ：０．１０〜２．００％
Ｃｕは、フェライト系ステンレス鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼にかかわらず、耐ギ酸性の耐食性の確保に必要な元素である。そのためには、Ｃｕは０．１０％以上を必要とする。しかし、Ｃｕが２．００％より多く含有されると熱間加工性が低下する。そこで、Ｃｕは０．１０〜２．００％とする。
Ｃｕは、フェライト系ステンレス鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼にかかわらず、耐ギ酸性の耐食性の確保に必要な元素である。そのためには、Ｃｕは０．１０％以上を必要とする。しかし、Ｃｕが２．００％より多く含有されると熱間加工性が低下する。そこで、Ｃｕは０．１０〜２．００％とする。
Ｎ：０．０１〜０．１０％
Ｎは、フェライト系ステンレス鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼にかかわらず、強度を上げる元素である。そのためには、Ｎは０．０１％以上を必要とする。しかし、Ｎが０．１０％を超えて含有されると窒化物を多量に生じ靭性が低下する。そこで、Ｎは０．０１〜０．１０％とする。
Ｎは、フェライト系ステンレス鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼にかかわらず、強度を上げる元素である。そのためには、Ｎは０．０１％以上を必要とする。しかし、Ｎが０．１０％を超えて含有されると窒化物を多量に生じ靭性が低下する。そこで、Ｎは０．０１〜０．１０％とする。
Ｔｉ：０．１０〜２．００％、Ｎｂ：０．１０〜２．００％、Ｖ：０．１０〜２．００％、Ｔａ：０．１０〜２．００％、Ｚｒ：０．１０〜２．００％のうちのいずれか１種は０．１０〜２．００％または２種以上は０．１０〜２．００％
Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、Ｚｒの元素は、１種または２種以上が選択的に含有される元素である。ところで、これらの元素の１種の量が０．１０％以上あるいはこれらの元素の２種以上の量が０．１０％以上含有されると、それらの元素の炭化物が形成されて耐食性が改善される。しかし、これらの元素の１種の量が２．００％を超えるとあるいはこれらの元素の２種以上の量が２．００％を超えると熱間加工性が低下する。そこで、Ｔｉが０．１０〜２．００％、Ｎｂが０．１０〜２．００％、Ｖが０．１０〜２．００％、Ｔａが０．１０〜２．００％、Ｚｒが０．１０〜２．００％で、これらのうちのいずれか１種は０．１０〜２．００％または２種以上は０．１０〜２．００％とする。
Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、Ｚｒの元素は、１種または２種以上が選択的に含有される元素である。ところで、これらの元素の１種の量が０．１０％以上あるいはこれらの元素の２種以上の量が０．１０％以上含有されると、それらの元素の炭化物が形成されて耐食性が改善される。しかし、これらの元素の１種の量が２．００％を超えるとあるいはこれらの元素の２種以上の量が２．００％を超えると熱間加工性が低下する。そこで、Ｔｉが０．１０〜２．００％、Ｎｂが０．１０〜２．００％、Ｖが０．１０〜２．００％、Ｔａが０．１０〜２．００％、Ｚｒが０．１０〜２．００％で、これらのうちのいずれか１種は０．１０〜２．００％または２種以上は０．１０〜２．００％とする。
Ｂ：０．００１〜０．０１０％
Ｂは、熱間加工性に必要な元素である。このためには、Ｂは０．００１％以上を必要とする。Ｂが０．０１０％を超えると熱間加工性は逆に低下する。そこで、Ｂは０．００１〜０．０１０％とする。
Ｂは、熱間加工性に必要な元素である。このためには、Ｂは０．００１％以上を必要とする。Ｂが０．０１０％を超えると熱間加工性は逆に低下する。そこで、Ｂは０．００１〜０．０１０％とする。
（Ｃｒ＋１．５Ｍｏ）×Ｃは８．５０以下
請求項１〜４の発明に係るマルテンサイト系ステンレス鋼において、Ｃｕを添加し、耐ギ酸性を向上させた場合においても、クロム炭化物が多量に存在するとギ酸環境ではクロム炭化物を起点として腐食が進行することがあり、Ｃｒ、ＭｏおよびＣ量を適正化させ、クロム炭化物の析出を制限する必要がある。すなわち、（Ｃｒ＋１．５Ｍｏ）×Ｃは８．５０以下とする。
請求項１〜４の発明に係るマルテンサイト系ステンレス鋼において、Ｃｕを添加し、耐ギ酸性を向上させた場合においても、クロム炭化物が多量に存在するとギ酸環境ではクロム炭化物を起点として腐食が進行することがあり、Ｃｒ、ＭｏおよびＣ量を適正化させ、クロム炭化物の析出を制限する必要がある。すなわち、（Ｃｒ＋１．５Ｍｏ）×Ｃは８．５０以下とする。
５８Ｎｉ＋Ｃｒ＋９２Ｍｏ＋２５９Ｃｕは１３６以上
Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕは、添加量を適正化することでギ酸環境における腐食速度を抑制し、耐ギ酸性を向上させる。そこで、このためには、５８Ｎｉ＋Ｃｒ＋９２Ｍｏ＋２５９Ｃｕは１３６以上とする。
Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕは、添加量を適正化することでギ酸環境における腐食速度を抑制し、耐ギ酸性を向上させる。そこで、このためには、５８Ｎｉ＋Ｃｒ＋９２Ｍｏ＋２５９Ｃｕは１３６以上とする。
本願の発明の実施の形態について以下に記載する。
先ず、本願の発明の各請求項の化学成分を有する鋼を溶製する。
先ず、本願の発明の各請求項の化学成分を有する鋼を溶製する。
表２に記載するＮｏ．２４〜４６のマルテンサイト系ステンレス鋼である発明鋼およびＮｏ．４７〜４９のマルテンサイト系ステンレス鋼である比較鋼について、それぞれ１００ｋｇを真空誘導溶解法（ＶＩＭ法）により溶製した鋼を１１５０℃に加熱して直径２０ｍｍの棒鋼に鍛伸し、次いで１０３０℃から油冷により焼入し、１８０℃に焼戻して空冷した。
Ｎｏ．２４〜４６のマルテンサイト系ステンレス鋼である発明鋼およびＮｏ．４７〜４９のマルテンサイト系ステンレス鋼である比較鋼について、これらを２５℃の５％ギ酸溶液に２４時間浸漬してその腐食度を試験し、その結果を表３に示す。ギ酸に対する腐食度が１時間当たり７．００ｇ／ｍｍ2以下であれば、評価を良好であることを示す○とした。一方、ギ酸に対する腐食度が１時間当たり７．００ｇ／ｍｍ2を超えるものは、評価を不可であることを示す×とした。
上記の耐ギ酸浸漬試験の結果、本願の各請求項に係る発明鋼である、マルテンサイト系ステンレス鋼であるＮｏ．２４〜４６において、表２における（Ｃｒ＋１．５Ｍｏ）×Ｃの耐ギ酸性の低下を示す上限値は８．５０以下であり、５８Ｎｉ＋Ｃｒ＋９２Ｍｏ＋２５９Ｃｕの耐ギ酸性を確保する値は１３６以上であった。したがって、これらの本願の発明鋼であるＮｏ．２４〜４６のマルテンサイト系ステンレス鋼は、いずれも耐ギ酸性である耐食性が良好であった。すなわち、これらの発明鋼は、劣化ガソリンが存在する自動車の燃料ポンプ部材や燃焼供給系の部品などとして使用されるとき、優れた耐食性が示された。
さらに、マルテンサイト系ステンレス鋼である比較鋼のＮｏ．４７〜４８は、表２における（Ｃｒ＋１．５Ｍｏ）×Ｃの耐ギ酸性の低下を示す上限値の８．５０以下であったが、５８Ｎｉ＋Ｃｒ＋９２Ｍｏ＋２５９Ｃｕの耐ギ酸性を確保する値は、Ｎｏ．４７では１６、Ｎｏ．４８では１３１で共に１３６未満であり、耐ギ酸性が確保できず腐食度が７．００ｇ／ｍｍ2を超え不合格となった。また、Ｎｏ．４９では５８Ｎｉ＋Ｃｒ＋９２Ｍｏ＋２５９Ｃｕの耐ギ酸性を確保する下限値の１３６以上であったが、（Ｃｒ＋１．５Ｍｏ）×３．０Ｃの耐ギ酸性の低下を示す値は、８．７６と上限値の８．５０を超えており、耐ギ酸性が低下し腐食度が７．００ｇ／ｍｍ2を超え不合格となった。
結局、比較鋼は、マルテンサイト系ステンレス鋼であっても、表２に示す全てのＮｏ．４７〜４９が、耐ギ酸性の低下または耐ギ酸性の確保のいずれかで、本願の請求項に係る発明を満足するものではなかった。
Claims (4)
- 質量％で、Ｃ：０．０１０〜０．７５０％、Ｓｉ：０．１０〜１．００％、Ｍｎ：０．１０〜１．００％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：１１．００〜１８．００％、Ｎｉ：２．００％以下、Ｍｏ：３．００％以下、Ｃｕ：０．１０〜２．００％、Ｎ：０．０１〜０．１０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、かつ（Ｃｒ＋１．５Ｍｏ）×Ｃは８．５０以下、および５８Ｎｉ＋Ｃｒ＋９２Ｍｏ＋２５９Ｃｕは１３６以上とすることを特徴とする耐ギ酸性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼。
- 請求項１の化学成分に加えて、質量％で、Ｔｉ：０．１０〜２．００％、Ｎｂ：０．１０〜２．００％、Ｖ：０．１０〜２．００％、Ｔａ：０．１０〜２．００％、Ｚｒ：０．１０〜２．００％のうちのいずれか１種または２種以上を０．１０〜２．００％含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、かつ（Ｃｒ＋１．５Ｍｏ）×Ｃは８．５０以下、および５８Ｎｉ＋Ｃｒ＋９２Ｍｏ＋２５９Ｃｕは１３６以上とすることを特徴とする耐ギ酸性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼。
- 請求項１の化学成分に加えて、質量％で、Ｂ：０．００１〜０．０１０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、かつ（Ｃｒ＋１．５Ｍｏ）×Ｃは８．５０以下、および５８Ｎｉ＋Ｃｒ＋９２Ｍｏ＋２５９Ｃｕは１３６以上とすることを特徴とする耐ギ酸性に優れた耐食性のマルテンサイト系ステンレス鋼。
- 請求項１の化学成分に加えて、質量％で、Ｔｉ：０．１０〜２．００％、Ｎｂ：０．１０〜２．００％、Ｖ：０．１０〜２．００％、Ｔａ：０．１０〜２．００％、Ｚｒ：０．１０〜２．００％のうちのいずれか１種または２種以上を０．１０〜２．００％含有し、さらに、Ｂ：０．００１〜０．０１０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、かつ（Ｃｒ＋１．５Ｍｏ）×Ｃは８．５０以下、および５８Ｎｉ＋Ｃｒ＋９２Ｍｏ＋２５９Ｃｕは１３６以上とすることを特徴とする耐ギ酸性に優れた耐食性のマルテンサイト系ステンレス鋼。
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