JP7246145B2 - フェライト系ステンレス鋼 - Google Patents
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Description
CIc=〔Cr〕+0.92×〔Mo〕
CIn=-〔Cr〕+1.13×〔Ni〕+4.84×〔Mo〕
CIr=〔Cr〕+1.04×〔Ni〕+1.86×〔Mo〕
しかし特許文献6では、Cr、Ni及びMoによって耐食性を向上させているが、表面粗さの影響や表面の不働態皮膜厚さ、腐食生成物の影響について言及されていない。
その結果、鋼中のNi量を所定量にすることでSO3 2-の還元反応が促進され、電気化学的に耐食性が改善することが分かった。一方、Ni量が多量となると、SO3 2-の還元によって生成したSとNiの反応(硫化反応)によって腐食が促進され耐食性が悪化することも分かった。そこで本発明者らがNi量と耐食性との関係についてさらに調査を進めたところ、SO3 2-の還元反応を促進し、排ガス凝縮水環境下での耐食性を担保できる最適なNi含有量はCr含有量との関係で決まることが新たに分かった。
さらに、排ガス凝縮水環境下で、不働態皮膜が0.10nm以上存在すれば、SO3 2-がSO4 2-に酸化される際に不働態皮膜を還元することを抑制でき、結果、耐排ガス凝縮水腐食性をより確保できるとの知見も新たに得ることができた。
(1)質量%で、
C:0.001~0.030%、
Si:0.01~1.00%、
Mn:0.01~2.00%、
P:0.050%以下、
S:0.0100%以下、
Ni:0.16~1.00%、
Cr:10.5~20.0%、
Ti:0.05~0.40%、
Al:0.005~0.100%、
N:0.050%以下、
Mo:0~3.00%、
Cu:0~1.50%、
Nb:0~1.000%、
W:0~1.00%、
V:0~0.30%、
Sn:0~0.500%、
Sb:0~0.500%、
Mg:0~0.0030%
B:0~0.0030%、
Ca:0~0.0100%、
Zr:0~0.10%、
Co:0~0.30%、
Ga:0~0.0100%、
Ta:0~0.0100%、及び
REM:0~0.200%を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、
冷間圧延方向、冷間圧延方向に対して垂直の方向及び冷間圧延方向に対して45°傾いた方向の各方向における鋼表面の算術平均粗さRaがすべて0.50μm以下であり、
前記Ni量(質量%)が、下記条件(A)~(D)を満たし、
pH2.0であり、100ppmのCl-と、1600ppmのSO4 2-と、1000ppmのSO3 2-とを含む溶液中で、-0.6V vs.Ag/AgClで30分間定電位保持した場合、鋼表面にSのみが析出することを特徴とするフェライト系ステンレス鋼。
(A)Cr量が10.5~13.0%のときNi量0.16~0.20%。
(B)Cr量が13.0超~16.0%のときNi量0.16~0.30%。
(C)Cr量が16.0超~18.0%のときNi量0.16~0.50%。
(D)Cr量が18.0超~20.0%のときNi量0.16~1.00%。
(2)さらに質量%で、
Mo:0.01~3.00%、
Cu:0.05~1.50%、
Nb:0.010~1.000%、
W:0.01~1.00%、
V:0.01~0.30%、
Sn:0.005~0.500%、
Sb:0.005~0.500%、及び
Mg:0.0001~0.0030%
のうち何れか1種または2種以上を含有することを特徴とする上記(1)に記載のフェライト系ステンレス鋼。
(3)さらに質量%で、
B:0.0002~0.0030%、
Ca:0.0002~0.0100%、
Zr:0.01~0.10%、
Co:0.01~0.30%、
Ga:0.0001~0.0100%、
Ta:0.0001~0.0100%、及び
REM:0.001~0.200%
のうち何れか1種または2種以上を含有することを特徴とする上記(1)または(2)に記載のフェライト系ステンレス鋼。
(4)排ガス凝縮水環境に曝される自動車部品に使用されることを特徴とする上記(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。
(5)前記自動車部品が、自動車マフラー、管端増肉パイプ、排熱回収器、又はEGRクーラであることを特徴とする上記(4)に記載のフェライト系ステンレス鋼。
(A)Cr量が10.5~13.0%のときNi量0.05~0.20%。
(B)Cr量が13.0超~16.0%のときNi量0.05~0.30%。
(C)Cr量が16.0超~18.0%のときNi量0.05~0.50%。
(D)Cr量が18.0超~20.0%のときNi量0.05~1.00%。
本発明者らは、本発明範囲内の成分組成を有する鋼を複数準備し、それぞれの鋼の表面粗さを種々変化させて凝縮水腐食試験を行った。その結果、表面粗さを増加させた鋼の場合には、成分組成が本発明の範囲内であったとしても、腐食減量が15g/m2以上となり耐凝縮水腐食性が低下した。また、表面粗さを種々変化させた鋼表面に生成した腐食生成物をin-situラマン分光法により測定したところ、Niの硫化物が生成していることがわかった。これは、表面粗さが増加したために、SO3 2-の還元反応によって生成したSが表面凹部にトラップされ堆積し易くなり、Niの硫化反応が起こりやすくなったためと考えられる。すなわち、鋼表面全体に亘って表面粗さを小さくすることで、Sの鋼表面への堆積を防ぎ、Niの硫化反応を抑制することできる。
なお、以下の説明においては、排ガス凝縮水に対する耐食性を「耐排ガス凝縮水腐食性と称するのに対し、一般的なステンレス鋼の持つ基本的な耐食性を、単に「基本的な耐食性」と称して説明する。
さらに上述のように、耐排ガス凝縮水腐食性の観点から、Ni含有量の上限はCr含有量と相関があることが明らかとなった。そのため本実施形態では、Ni量とCr量との関係が、下記(A)~(D)を満たすことが重要である。望ましくは、下記(B´)~(D´)を満たすものとし、さらに望ましくは下記(C´´)および(D´´)を満たすものとする。
(B)Cr量が13.0超~16.0%のときNi量は0.05~0.30%。
(C)Cr量が16.0超~18.0%のときNi量は0.05~0.50%。
(D)Cr量が18.0超~20.0%のときNi量は0.05~1.00%。
(C´)Cr量が16.0超~18.0%のときNi量は0.08~0.35%。
(D´)Cr量が18.0超~20.0%のときNi量は0.08~0.80%。
(D´´)Cr量が18.0超~20.0%のときNi量は0.16~0.80%。
なお、本実施形態における「不純物」とは、鋼を工業的に製造する際に鉱石やスクラップ等のような原料をはじめとして製造工程の種々の要因によって混入する成分であり、不可避的に混入する成分も含む。
なお本実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、以下の実施例で用いた条件に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
また、下記にて示す表中の下線が、本発明の範囲から外れているものを示す。
以下、その場不働態皮膜厚測定、ならびにその場腐食生成物の分析方法について説明する。
in-situエリプソメトリー測定用電気化学試験片を電気化学セル内に設置した後、30分以上のN2ガス吹き込みにより脱気され、かつpHを2.0に調整した1000ppmのSO4 2-を含む溶液を電気化学セル内に満たした。次に、セル内の電気化学試験片を-0.7V vs.Ag/AgClで5分間定電位保持し、試験片表面の大気生成皮膜を還元処理した。その後、電気化学試験片を+0.4V vs.Ag/AgClで1分間定電位保持し、試験片表面に不働態皮膜を生成した。その後、セル内の溶液を上述の模擬凝縮水に入れ替え、10分間自然電位で保持しながら試験片表面の不働態皮膜厚さをin-situエリプソメトリー測定によって測定した。当該測定を5回繰り返し行い、得られた皮膜の平均を鋼板の「不働態皮膜厚さ」とした。なお、測定中、電気化学セル内にはN2ガスを流し続けた。また測定中、試験部屋内の照明を消し、暗闇中で測定することでノイズを除去した。
結果を表3、4に示す。なお、表中の「皮膜厚さ」における“-”との表記は、試験片の表面粗さが粗かったため、皮膜厚さの計測が不能であったことを示す。
in-situラマン分光法用電気化学試験片を電気化学セル内に設置した後、30分以上のN2ガス吹き込みにより脱気され、かつpHを2.0に調整した、1000ppmのSO4 2-を含む溶液を電気化学セル内に満たした。次に、セル内の電気化学試験片を-0.7V vs.Ag/AgClで5分間定電位保持し、試験片表面の大気生成皮膜を還元処理した。その後、電気化学試験片を+0.4V vs.Ag/AgClで1分間定電位保持し、試験片表面に不働態皮膜を生成した。その後、セル内の溶液を上述の模擬凝縮水に入れ替え、-0.6V vs.Ag/AgClで30分間定電位保持を行った。その間、試験片表面の生成物をラマン分光法で測定し、得られたスペクトル形状から生成物の組成を特定した。つまり、ある化合物由来のスペクトルピークが検出された場合、当該化合物が腐食生成物として生成したと判断した。本実施例では、当該測定を5回繰り返し、1度でもS以外の生成物が検出された場合、それは腐食生成物としてカウントした。すなわち、表3、4には、5回の測定のうち、1度でも検出された生成物を「腐食生成物」として表記している。なお、測定中、電気化学セル内にはN2ガスを流し続けた。また測定中、試験部屋内の照明を消し、暗闇中で測定することでノイズを除去した。
(B)Cr量が13.0超~16.0%のときNi量0.05~0.30%。
(C)Cr量が16.0超~18.0%のときNi量0.05~0.50%。
(D)Cr量が18.0超~20.0%のときNi量0.05~1.00%。
さらに、鋼の表面粗さRaを低下させ、SO3 2-→Sの還元反応により生成したSが表面凹部にトラップされ難くし、Niの硫化反応を引き起こさせないことが重要であるもわかる。
Claims (5)
- 質量%で、
C:0.001~0.030%、
Si:0.01~1.00%、
Mn:0.01~2.00%、
P:0.050%以下、
S:0.0100%以下、
Ni:0.16~1.00%、
Cr:10.5~20.0%、
Ti:0.05~0.40%、
Al:0.005~0.100%、
N:0.050%以下、
Mo:0~3.00%、
Cu:0~1.50%、
Nb:0~1.000%、
W:0~1.00%、
V:0~0.30%、
Sn:0~0.500%、
Sb:0~0.500%、
Mg:0~0.0030%
B:0~0.0030%、
Ca:0~0.0100%、
Zr:0~0.10%、
Co:0~0.30%、
Ga:0~0.0100%、
Ta:0~0.0100%、及び
REM:0~0.200%を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、
冷間圧延方向、冷間圧延方向に対して垂直の方向及び冷間圧延方向に対して45°傾いた方向の各方向における鋼表面の算術平均粗さRaがすべて0.50μm以下であり、
前記Ni量(質量%)が、下記条件(A)~(D)を満たし、
pH2.0であり、100ppmのCl-と、1600ppmのSO4 2-と、1000ppmのSO3 2-とを含む溶液中で、-0.6V vs.Ag/AgClで30分間定電位保持した場合、鋼表面にSのみが析出することを特徴とするフェライト系ステンレス鋼。
(A)Cr量が10.5~13.0%のときNi量0.16~0.20%。
(B)Cr量が13.0超~16.0%のときNi量0.16~0.30%。
(C)Cr量が16.0超~18.0%のときNi量0.16~0.50%。
(D)Cr量が18.0超~20.0%のときNi量0.16~1.00%。 - さらに質量%で、
Mo:0.01~3.00%、
Cu:0.05~1.50%、
Nb:0.010~1.000%、
W:0.01~1.00%、
V:0.01~0.30%、
Sn:0.005~0.500%、
Sb:0.005~0.500%、及び
Mg:0.0001~0.0030%
のうち何れか1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載のフェライト系ステンレス鋼。 - さらに質量%で、
B:0.0002~0.0030%、
Ca:0.0002~0.0100%、
Zr:0.01~0.10%、
Co:0.01~0.30%、
Ga:0.0001~0.0100%、
Ta:0.0001~0.0100%、及び
REM:0.001~0.200%
のうち何れか1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1または2に記載のフェライト系ステンレス鋼。 - 排ガス凝縮水環境に曝される自動車部品に使用されることを特徴とする請求項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。
- 前記自動車部品が、自動車マフラー、管端増肉パイプ、排熱回収器、又はEGRクーラであることを特徴とする請求項4に記載のフェライト系ステンレス鋼。
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