JP6660789B2 - 燃料ポンプ部材用フェライト系ステンレス鋼板および燃料ポンプ部材 - Google Patents
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Description
他方、自動車の燃料ポンプのうち、特に燃料タンク内ポンプに使用される材料には各種燃料に対する耐食性が必要とされる。これを満足するフェライト系ステンレス鋼は提案されていなかった。
C:0.006%以上、0.02%以下、
N:0.002%以上、0.025%以下、
Si:0.02%以上、1.5%以下、
Mn:0.02%以上、2%以下、
Cr:16%以上、23%以下、
TiおよびNbのいずれか一方または両方を、Ti:0.4%以下、Nb:0.6%以下の範囲で含有し、
残部がFe及び不可避不純物からなり、式(1)で表されるランクフォード値の面内異方性Δrが0.6以下、式(2)で示される0.2%耐力の面内異方性ΔYSが25MPa以下であり、(Ti+Nb)≧8(C+N)であることを特徴とする燃料ポンプ部材用フェライト系ステンレス鋼板。
Δr=|(r0+r90)/2−r45|・・・式(1)
ΔYS=|(YS0+YS90)/2−YS45|・・・式(2)
[2]質量%で、
C:0.002%以上、0.02%以下、
N:0.002%以上、0.025%以下、
Si:0.02%以上、1.5%以下、
Mn:0.02%以上、2%以下、
Cr:10.5%以上、13.85%以下、
TiおよびNbのいずれか一方または両方を、Ti:0.4%以下、Nb:0.6%以下の範囲で含有し、
残部がFe及び不可避不純物からなり、式(1)で表されるランクフォード値の面内異方性Δrが0.6以下、式(2)で示される0.2%耐力の面内異方性ΔYSが25MPa以下であることを特徴とする燃料ポンプ部材用フェライト系ステンレス鋼板。
Δr=|(r 0 +r 90 )/2−r 45 |・・・式(1)
ΔYS=|(YS 0 +YS 90 )/2−YS 45 |・・・式(2)
[3]更に、質量%で、
Ni:2%以下、
Cu:1.5%以下、
Mo:2.5%以下の1種または2種以上からなる第1群、および、V:0.5%以下、W:1%以下、Zr:0.5%以下、Sn:0.5%以下、Co:0.2%以下、Al:0.2%以下、Mg:0.002%以下、Ca:0.002%以下、REM:0.01%以下、Ta:0.01%以下、Ga:0.01%以下のうち何れか1種又は2種以上からなる第2群のうち、少なくともいずれかの群を含有することを特徴とする[1]または[2]に記載の燃料ポンプ部材用フェライト系ステンレス鋼板。
[4][1]〜[3]のいずれか一項に記載のフェライト系ステンレス鋼板を素材として用いたことを特徴とする燃料ポンプ部材。
本明細書において、燃料ポンプ部材用の本願発明のうち、特に自動車用高圧ポンプ用途の課題1を解決した発明を第1の発明、自動車用燃料タンク内ポンプ用途の課題2を解決した発明を第2の発明と称することとする。
また、本発明のフェライト系ステンレス鋼板を、特に燃料タンク内のポンプ部品に適用した場合には、燃料中耐食性に優れ、良好な成形性と強度を有することから、好適である。
鋳造品から製造された高圧ポンプを分析したところ、磁気特性や耐摩耗性が良好な10〜15Crのステンレス鋼が多数使用されていた。そこで、これら鋳造品を鋼板、鋼管および棒鋼などに置き換えるにあたり、本発明者らは耐食性、成形性および溶接性の観点から鋭意検討した。また、燃料タンク内ポンプにフェライト系ステンレス鋼板を適用するにあたり、耐食性、成形性および疲労強度の観点から鋭意検討した。
なお、第2の発明においては、酸性脂肪酸環境中での耐食性が必要であり、高温環境でないことから鋭意検討した結果、母材のCr量として10.5%以上必要なことがわかった。より安定した耐食性を得るには、母材のCr量として11%以上であることが望ましい。
なお、Δrは、公知の次式(1)で表わされる。
Δr=|(r0+r90)/2−r45|・・・式(1)
ここで、r0は圧延方向と平行方向のr値、r90は圧延方向と直角方向のr値、r45は圧延方向と45°方向のr値で、JIS Z2254で準拠される方法で測定される。
なお、ΔYSは、次式(2)で表わされる。
ΔYS=|(YS0+YS90)/2−YS45|・・・式(2)
ここで、YS0は圧延方向と平行方向の0.2%耐力、YS90は圧延方向と直角方向の0.2%耐力、YS45は圧延方向と45°方向の0.2%耐力で、JIS Z2241で準拠される方法で測定される。ここで、式(1)と式(2)は共に、3つの方向のr値と0.2%耐力を用いて求めているが、成形時において特に周方向の均一性が重要であるためである。
強度について述べる。第2の発明についての必要な特性である。燃料タンク内ポンプは一定の燃料内圧に晒され、加えてポンプの駆動により温度が変動してポンプ部材の熱膨張や収縮が起こる。そのためポンプ部材には負荷がかかることとなり、こうした応力に耐える疲労強度が必要となる。そのため使用される鋼板には一定以上の強度を有することが望まれ、その観点から鋼板の引張強度として400MPa以上あることが望ましい。より望ましくは425MPa以上である。
Cは、耐粒界腐食性、成形性を低下させるため、その含有量を低く抑える必要がある。
このため、Cの含有量の上限を0.02%以下とした。しかしながら、過度に低めることは必要な強度が得られなくなるとともに精練コストを上昇させるため、下限を0.002%以上とした。好ましくは0.003〜0.015%である。より好ましくは0.003〜0.012%である。
Nは、耐孔食性に有用な元素であるが、耐粒界腐食性、成形性を低下させるため、その含有量を低く抑える必要がある。このため、Nの含有量の上限を0.025%以下とした。しかしながら、過度に低めることは必要な強度が得られなくなるとともに精練コストを上昇させるため、下限を0.002%以上とした。好ましくは0.003〜0.02%である。より好ましくは0.003〜0.018%である。また、耐粒界腐食性および加工性の観点から、CとNの合計含有量を0.035%以下((C+N)≦0.035%)とするのが好ましい。
Siは、成形加工性を低下させるため、Siの含有量を1.5%以下とする。耐酸化性、脱酸元素として有用なため、下限を0.02%以上とした。好ましくは0.05〜0.6%、より好ましくは0.07〜0.35%である。
Mnは、耐食性を劣化させるので、Mnの含有量を2%以下とする。脱酸元素として有用な元素であり、下限を0.02%以上とした。好ましくは、0.05〜0.6%、より好ましくは0.1〜0.45%である。
Crは、燃料中での耐食性を確保する上で基本となる元素であり、耐酸化性も向上させることから少なくとも10.5%以上含有させることが必要である。Crの含有量を増加させるほど耐食性を向上させることができるが、過剰な添加は成形性、製造性を低下させるため、Crの含有量を23%以下とした。
Crは、少なくとも15%以上含有させることが必要である。好ましくは16〜23%、より好ましくは17〜20.5%である。
Crの含有量を15%未満とした。好ましくは11〜14.5%、より好ましくは12.5〜14%である。
Tiは、CおよびNを固定し溶接部の耐粒界腐食性を向上させる上で有用な元素であると共に成形性を向上させる。しかしながら、過剰の添加は製造性を低下させるため、Tiの含有量の上限を0.4%とした。好ましくは0.35%以下である。Nbを含有せずTiのみ含有する場合には、耐粒界腐食性の観点から8(C+N)以上とする必要があり、10(C+N)以上とすることが好ましい。成形性の観点からTi−4(C+N)≦0.2とするのが好ましい。
Nbは、CおよびNを固定し溶接部の耐粒界腐食性を向上させる上で有用な元素であると共に高温強度を向上させる。しかしながら、過剰の添加は成形性を低下させるため、Nbの含有量の上限を0.6%とした。好ましくは0.55%以下、より好ましくは0.5%以下である。Tiを含有せずNbのみを含有させる場合には、耐粒界腐食性の観点から8(C+N)以上とする必要があり、10(C+N)以上とすることが好ましい。
さらに、NbとTiを複合で含有する場合には(Ti+Nb)/(C+N)≧8とするのが好ましく、(Ti+Nb)/(C+N)≧10とすることがより好ましい。
Niは、耐食性を向上させる上で、必要に応じて2%以下含有させることができる。特に、本発明で対象としている燃料ポンプ部品において要求される塩害耐食性を向上させる効果を有する。また、強度を向上させる効果も有するため0.1%以上含有させることが好ましい。しかし、過剰の添加は加工性を低下させるとともに高価なためコストアップにもつながる。より好ましくは0.2〜1.5%である。さらに好ましくは0.3〜1.2%である。
Cuは、耐食性を向上させる上で、必要に応じて1.5%以下含有させることができる。Niと同様、特に、本発明で対象としている燃料ポンプ部品において要求される塩害耐食性を向上させる効果を有する。また、強度を向上させる効果も有するため0.1%以上含有させることが好ましい。しかし、過剰の添加は加工性を低下させる。より好ましくは0.2〜1.3%である。さらに好ましくは0.3〜0.9%である。
Moは、耐食性を向上させる上で、必要に応じて2.5%以下含有させることができる。特に、本発明で対象としている燃料ポンプ部品において要求される燃料中での耐食性に加え塩害耐食性を向上させる効果を有する。また、強度を向上させる効果も有するので0.1%以上含有させることが好ましい。しかし、過剰の添加は加工性を低下させるとともに高価なためコストアップにもつながる。より好ましくは0.2〜1.8%である。さらに好ましくは0.3〜0.9%である。
Vは、耐食性を向上させる上で、必要に応じて0.5%以下含有させることができる。安定した効果を得るには0.05%以上含有させることが好ましい。過剰の添加は、加工性を劣化させると共に、高価であるためコストアップにつながる。
Wは、耐食性を向上させる上で、必要に応じて1%以下含有させることができる。特に、本発明で対象としている燃料ポンプ部品において要求される塩害耐食性を向上させる効果を有するため0.2%以上含有させることが好ましい。過剰の添加は、加工性を劣化させると共に、高価であるためコストアップにつながる。より好ましくは0.4〜0.9%である。
Bは、加工性、特に二次加工性を向上させる上で、必要に応じて0.005%以下含有させることができる。安定した効果を得るには0.0002%以上含有させることが好ましい。過剰の添加は耐粒界腐食性を低下させる。より好ましくは0.0003〜0.0015%である。
Zrは、耐食性、特に耐粒界腐食性を向上させる上で、必要に応じて0.5%以下含有させることができる。安定した効果を得るには0.05%以上含有させるのが好ましい。過剰の添加は、加工性を劣化させると共に、高価であるためコストアップにつながる。
Snは、耐食性を向上させる上で、必要に応じて0.5%以下含有させることができる。特に、本発明で対象としている燃料ポンプ部品において要求される塩害耐食性において、その耐孔あき性を向上させる効果を有するため0.02%以上含有させることが好ましい。過剰の添加は靭性を低下させる。より好ましくは0.03〜0.25%である。
Coは、二次加工性と靭性を向上させる上で、必要に応じて0.2%以下含有させることができる。安定した効果を得るには0.02%以上含有させることが好ましい。過剰の添加はコストアップにつながる。
Alは、靭性を劣化させるため、Alの含有量を0.2%以下とした。脱酸効果等を有するので精練上有用な元素であり、成形性を向上させる効果もある。そのため、Alは0.002%以上含有させることが好ましい。より好ましくは0.002〜0.18%である。さらに好ましくは0.003〜0.13%である。
Mgは、脱酸効果等を有するので精練上有用な元素であり、組織を微細化し加工性や靭性の向上にも効果があることから、必要に応じて0.002%以下含有させることができる。安定した効果を得るには0.0002%以上含有させることが好ましい。
Caは、脱酸効果等を有するので精練上有用な元素であり、必要に応じて0.002%以下含有させることができる。安定した効果を得るには0.0002%以上含有させることが好ましい。
REMは、脱酸効果等を有するので精練上有用な元素であり、必要に応じて0.01%以下含有させることができる。安定した効果を得るには0.0005%以上含有させることが好ましい。
Taは、耐食性を向上させる元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ta含有量が0.01%を超えるとコストが増加する。そのため、Ta含有量は0.01%以下とする。Ta含有量は0.005%以下であるのが好ましい。上記の効果を安定して得るためには、Ta含有量は0.0001%以上であるのが好ましく、0.0005%以上であるのがより好ましい。
Gaは、耐食性および耐水素脆化性を向上させる元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ga含有量が0.01%を超えるとコストが増加する。そのため、Ga含有量は0.01%以下とする。Ga含有量は0.005%以下であるのが好ましい。上記の効果を安定して得るためには、Ga含有量は0.0001%以上であるのが好ましく、0.0005%以上であるのがより好ましい。
「第1の発明の実施例」
表1に示す化学組成を有する溶鋼を真空溶解炉にて溶製して150kg鋼塊を作製後、加熱温度1200℃にて厚さ5mmまで熱延した。アルミナショットによりスケールを除去して、熱延板焼鈍を行わずにロール径450mmの冷間圧延機で板厚1mmまで冷延した。その後仕上焼鈍を行い、常温引張試験、r値測定、曲げ試験および腐食試験を行った。また、比較のため鋼1と鋼2については熱延板焼鈍を行って、上記と同様の工程で1mmの冷延焼鈍板を作成した(比較例1および比較例2)。
冷間圧延焼鈍板からJIS13号B引張試験片を採取して圧延方向、圧延方向と45°方向、圧延方向と90°方向に、JIS Z2241に準拠して引張試験を行い、0.2%耐力を測定した。得られた3方向の0.2%耐力から式(2)を用いてΔYSを求めた。
ΔYS=|(YS0+YS90)/2−YS45|・・・式(2)
ここで、YS0は圧延方向と平行方向の0.2%耐力、YS90は圧延方向と直角方向の0.2%耐力、YS45は圧延方向と45°方向の0.2%耐力である。
r値は、冷間圧延焼鈍板からJIS13号B引張試験片を採取して圧延方向、圧延方向と45°方向、圧延方向と90°方向に15%歪みを付与した後に式(3)を用いて算出した。得られた3方向のr値から式(1)を用いてΔrを求めた。
r=ln(W0/W)/ln(t0/t)・・・式(3)
Δr=|(r0+r90)/2−r45|・・・式(1)
ここで、W0は引張前の板幅、Wは引張後の板幅、t0は引張前の板厚、tは引張後の板厚であり、r0は圧延方向のr値、r45は圧延方向と45°方向のr値、r90は圧延方向と直角方向のr値であり、JIS Z2254で準拠される方法で測定される。
冷間圧延焼鈍板から幅20mm、長さ100mmの試験片を圧延方向、圧延方向と45°方向、圧延方向と90°方向から採取して、常温にてVブロック法により度曲げ試験を行った、曲げ試験はJIS Z2248に準拠し、曲げ角度を90度、内側半径を2mmとした。試験終了後、曲げ部の距離Laを測定し、曲げ角度90度の時の距離Lbとの差Lを求めた(図1参照)。得られた3方向のLから(4)式によってΔLを求めた。
ΔL=|(L0+L90)/2−L45|・・・式(4)
ここで、L0は圧延方向のL、L45は圧延方向と45°方向のL、L90は圧延方向と直角方向のLである。
冷延鋼板より、幅25mm、長さ100mmの試験片を2枚ずつ切り出し、エメリー紙にて#600まで湿式研磨後有機溶剤を用いて脱脂した。試験溶液には、ギ酸が0.1%、酢酸が1%で、Clイオン濃度が100ppmになるようにNaClを溶解させた水溶液を用いた。試験温度は95℃とし、試験時間は168hとした。これら以外の試験条件については、JASO−M611−92−Aに準じた。腐食試験後に腐食生成物を除去した後、腐食減量の測定と局部腐食の有無を観察した。腐食減量は、試験前後の試験片の質量変化から求めた。局部腐食の有無は、試験片全面を対象に光学顕微鏡を用いて判定した。試験片N数2のうち1つでも腐食減量が検出限界相当の0.5g・m−2以上、もしくは焦点深度法による腐食深さ測定値の検出限界10μm超える腐食痕が検出された場合を「局部腐食あり」と定義して不合格(×)とし、試験片N数2のうち2つとも腐食減量が0.5g・m−2未満で局部腐食が認められなかった場合を合格(○)とした。
冷延鋼板より、幅70mm、長さ150mmの試験片を切り出し、エメリー紙にて#320まで湿式研磨後有機溶剤を用いて脱脂した。試験片の端面と裏面をシールテープにより被覆し、JASO M609−91に記載のサイクルに従って乾湿繰り返し試験を行った。180サイクル完了後、腐食生成物を除去して腐食深さを顕微鏡焦点深度法により測定した。試験片N数2のうち2つとも最大腐食深さが300μm未満であったものを合格(○)、最大腐食深さが300μm以上であったものを不合格(×)とした。
表3に示す化学組成を有する溶鋼を真空溶解炉にて溶製して150kg鋼塊を作製後、加熱温度1200℃にて厚さ5mmまで熱延した。アルミナショットによりスケールを除去して、熱延板焼鈍を行わずにロール径450mmの冷間圧延機で板厚1mmまで冷延した。その後仕上焼鈍を行い、常温引張試験、r値測定、曲げ試験および腐食試験を行った。また、比較のため鋼1と鋼2については熱延板焼鈍を行って、上記と同様の工程で1mmの冷延焼鈍板を作成した(比較例1および比較例2)。
冷間圧延焼鈍板からJIS13号B引張試験片を採取して圧延方向、圧延方向と45°方向、圧延方向と90°方向に、JIS Z2241に準拠して引張試験を行い、0.2%耐力を測定した。得られた3方向の0.2%耐力から式(2)を用いてΔYSを求めた。
ΔYS=|(YS0+YS90)/2−YS45|・・・式(2)
ここで、YS0は圧延方向と平行方向の0.2%耐力、YS90は圧延方向と直角方向の0.2%耐力、YS45は圧延方向と45°方向の0.2%耐力である。
r値は、冷間圧延焼鈍板からJIS13号B引張試験片を採取して圧延方向、圧延方向と45°方向、圧延方向と90°方向に15%歪みを付与した後に式(3)を用いて算出した。得られた3方向のr値から式(1)を用いてΔrを求めた。
r=ln(W0/W)/ln(t0/t)・・・式(3)
Δr=|(r0+r90)/2−r45|・・・式(1)
ここで、W0は引張前の板幅、Wは引張後の板幅、t0は引張前の板厚、tは引張後の板厚であり、r0は圧延方向のr値、r45は圧延方向と45°方向のr値、r90は圧延方向と直角方向のr値であり、JIS Z2254で準拠される方法で測定される。
冷間圧延焼鈍板から幅20mm、長さ100mmの試験片を圧延方向、圧延方向と45°方向、圧延方向と90°方向から採取して、常温にてVブロック法により曲げ試験を行った、曲げ試験はJIS Z2248に準拠し、曲げ角度を90度、内側半径を2mmとした。試験終了後、曲げ部の距離Laを測定し、曲げ角度90度の時の距離Lbとの差Lを求めた(図1参照)。得られた3方向のLから(4)式によってΔLを求めた。
ΔL=|(L0+L90)/2−L45|・・・式(4)
ここで、L0は圧延方向のL、L45は圧延方向と45°方向のL、L90は圧延方向と直角方向のLである。
冷延鋼板より、幅25mm、長さ100mmの試験片を2枚ずつ切り出し、エメリー紙にて#600まで湿式研磨後有機溶剤を用いて脱脂した。試験溶液には、ギ酸が0.01%、酢酸が0.01%で、Clイオン濃度が100ppmになるようにNaClを溶解させた水溶液を用いた。試験温度は45℃とし、試験時間は168hとした。これら以外の試験条件については、JASO−M611−92−Aに準じた。腐食試験後に腐食生成物を除去した後、腐食減量の測定と局部腐食の有無を観察した。腐食減量は、試験前後の試験片の質量変化から求めた。局部腐食の有無は、試験片全面を対象に光学顕微鏡を用いて判定した。試験片N数2のうち1つでも腐食減量が検出限界相当の0.5g・m−2以上、もしくは焦点深度法による腐食深さ測定値の検出限界10μm超える腐食痕が検出された場合を「局部腐食あり」と定義して不合格(×)とし、試験片N数2のうち2つとも腐食減量が0.5g・m−2未満で局部腐食が認められなかった場合を合格(○)とした。
Claims (4)
- 質量%で、
C:0.006%以上、0.02%以下、
N:0.002%以上、0.025%以下、
Si:0.02%以上、1.5%以下、
Mn:0.02%以上、2%以下、
Cr:16%以上、23%以下、
TiおよびNbのいずれか一方または両方を、Ti:0.4%以下、Nb:0.6%以下の範囲で含有し、
残部がFe及び不可避不純物からなり、式(1)で表されるランクフォード値の面内異方性Δrが0.6以下、式(2)で示される0.2%耐力の面内異方性ΔYSが25MPa以下であり、(Ti+Nb)≧8(C+N)であることを特徴とする燃料ポンプ部材用フェライト系ステンレス鋼板。
Δr=|(r0+r90)/2−r45|・・・式(1)
ΔYS=|(YS0+YS90)/2−YS45|・・・式(2) - 質量%で、
C:0.002%以上、0.02%以下、
N:0.002%以上、0.025%以下、
Si:0.02%以上、1.5%以下、
Mn:0.02%以上、2%以下、
Cr:10.5%以上、13.85%以下、
TiおよびNbのいずれか一方または両方を、Ti:0.4%以下、Nb:0.6%以下の範囲で含有し、
残部がFe及び不可避不純物からなり、式(1)で表されるランクフォード値の面内異方性Δrが0.6以下、式(2)で示される0.2%耐力の面内異方性ΔYSが25MPa以下であることを特徴とする燃料ポンプ部材用フェライト系ステンレス鋼板。
Δr=|(r 0 +r 90 )/2−r 45 |・・・式(1)
ΔYS=|(YS 0 +YS 90 )/2−YS 45 |・・・式(2) - 更に、質量%で、
Ni:2%以下、
Cu:1.5%以下、
Mo:2.5%以下の1種または2種以上からなる第1群、および、V:0.5%以下、W:1%以下、Zr:0.5%以下、Sn:0.5%以下、Co:0.2%以下、Al:0.2%以下、Mg:0.002%以下、Ca:0.002%以下、REM:0.01%以下、Ta:0.01%以下、Ga:0.01%以下のうち何れか1種又は2種以上からなる第2群のうち、少なくともいずれかの群を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の燃料ポンプ部材用フェライト系ステンレス鋼板。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載のフェライト系ステンレス鋼板を素材として用いたことを特徴とする燃料ポンプ部材。
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