JPH02303605A - 自動車排ガス触媒担体用ステンレス鋼箔の製造方法 - Google Patents

自動車排ガス触媒担体用ステンレス鋼箔の製造方法

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JPH02303605A
JPH02303605A JP1122280A JP12228089A JPH02303605A JP H02303605 A JPH02303605 A JP H02303605A JP 1122280 A JP1122280 A JP 1122280A JP 12228089 A JP12228089 A JP 12228089A JP H02303605 A JPH02303605 A JP H02303605A
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有一 佐藤
Shun Sato
駿 佐藤
Mikio Yamanaka
幹雄 山中
Keiichi Omura
圭一 大村
Toshiyuki Shiraishi
利幸 白石
Masahiko Ogata
尾形 昌彦
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、一般的に圧延などによる薄肉化加工が困難と
されるステンレス鋼のうち特に自動車などの燃焼系の排
ガス浄化用担体に用いられる耐酸化性に優れた含入2ス
テンレス鋼箔の製造方法に関する。
〔従来の技術〕
燃焼系での排ガス浄化に用いられる触媒担体としてこれ
までセラミックスが用いられていたが、最近、触媒担体
用材料としてセラミックスに代わり金属を用いることが
提案されている。
例えば、自動車の排ガス浄化装置としてモノリス型触媒
担体がある。この担体の構造はコージライトを主成分と
するセラミックスをハニカム状に焼成したものを担体と
して、これを金属筒内に収めたものを基体とし、前記担
体にptやPdなどの貴金属触媒を含浸させた多孔質γ
−A/203粉を付着させたものが主である。しかしな
がら、セラミックハニカムは機械的な衝撃力に弱いこと
や、壁厚が大きいため通気抵抗が大きいなどの欠点があ
った。これに対して、最近このセラミックハニカムに代
わり金属ハニカムが考案されている。
この金属担体用材料に要求される特性として、特に耐酸
化性に優れていることがあげられるが、この点から例え
ば特公昭63−24740号公報には含Mステンレス鋼
箔が担体のハニカム用として提案されている。この含N
ステンレス鋼箔を用いることにより、壁厚を小さくでき
ることから通気抵抗が小さくなり、かつ、機械的強度の
向上も可能となった。
この金属担体の製造方法としては、数十μmの厚さの含
Mステンレス鋼箔を波板状に成形したものと、もともと
の平板を重ね合わせ、これを積層したもの、またはロー
ル状に巻いたものを前記のセラミックハニカムの代わり
に金属筒内に収めて担体とする方法である。
また、この金属担体用の含Mステンレス鋼箔自体の製造
方法として、これまでいくつかの方法が試みられている
。例えば、含Mステンレス鋼を鋳型に注いで鋼塊とし、
熱間、冷間圧延、焼鈍、脱スケールと組み合わせて行う
ことにより、数十−の厚さの箔とする方法や、特開昭5
6−96726号公報によれば、高層フェライト系ステ
ンレス鋼の丸鋼の表面からビーリング加工によって箔状
に剥ぎ取る方法が提案されている。
しかしながら、これまでの金属担体用台A℃ステンレス
鋼箔の製造技術には種々の難点があった。
すなわち、圧延法で担体用の箔を製造する方法において
、もともと冷間加工性の悪い含Nステンレス鋼を数+1
(望ましくは30〜701)の厚さまで圧延するには、
圧延途中に焼鈍、脱スケール工程を数度入れなければな
らず、コスト高の原因となっていたうえに、合金成分に
は圧延性を考慮していくつかの制限を加える必要があっ
たので、耐酸化性の上から充分な性能のものが得難かっ
た。
特にMの含有量が高くなると圧延性はさらに悪化し、こ
の製造方法では耐酸化性の向上に有効であるMの含有量
に制限があった。本発明者らの知る限り、工業的にはM
含有量が重量%(以下wt%と称す)で5.5%程度以
上となると、通常の鋼塊から圧延のみにより30〜70
μm程度の厚さの箔を得ることはほぼ不可能であった。
また、ビーリング加工による方法では、均一な厚さの幅
広い箔を安定して得るのは困難であった。金属担体用の
箔の厚さが不均一であると、ハニカム加工の際波板を製
造するのが困難になるばかりでな(、平板と波板を合わ
せて巻いた時に波板と平板との間に空隙が出来、その後
の接合において支障を来たす。
接合が不良な担体は実際に自動車排ガス用触媒担体とし
て使用するには不適当である。
金属担体用台Mステンレス鋼箔の製造におけるこのよう
な問題を解決するための手段として、急冷凝固法により
溶融状態から直接数十−の厚さの含Mステンレス鋼箔を
製造する方法が提案された。
急冷凝固法によるステンレス鋼箔の製造については特開
昭63−42347号公報、特開昭63−42356号
公報に開示されている。
このように金属担体用台Mステンレス鋼箔の製造方法に
関しては急冷凝固法を応用することにより、より安価に
数十−の厚さの含Mステンレス鋼箔を直接得ることが可
能になり、さらにM含有量における制限も取り外すこと
が可能になった。しかしながら、急冷凝固法によって得
られる箔には依然問題があった。それは得られる箔の板
厚精度にあり、均一な厚さの幅広い箔を安定して得るこ
とは困難であった。前述のように、不均一な板厚の箔は
触媒担体用としては好ましくない。金属担体用箔の板厚
変動は30〜70趨の板厚範囲において、少なくても±
20%以下とすることが望ましい。これまで述べたよう
に、良好な自動車排ガス用金属触媒担体を実現するには
ハニカム用の均一な板厚からなる含Mステンレス鋼箔を
安定して安価に製造するための好ましい方法、さらに、
Nの含有量が5.5ivt%以上となっても均一な板厚
からなる含Mステンレス鋼箔を製造する方法の開発が望
まれていた。
[発明が解決しようとする課題〕 本発明はこの要望に鑑み種々検討の結果考え出されたも
ので、自動車排ガス触媒担体用金属箔として、板厚が数
十−で均一な板厚の含Nステンレス鋼箔を安定してより
安価に、さらにNの含有量に制限されることな(製造す
ることを目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明〜は含Nステンレス鋼の溶鋼を急冷凝固させて板
厚0.2薗未満の板とし、その後鋳造ままの前記板を冷
間圧延することを特徴とする自動車排ガス触媒担体用ス
テンレス鋼箔の製造方法を要旨とするものである。
本発明は、鋼塊から圧延する従来法では数十−の厚さの
含Mステンレス鋼箔の製造が圧延可能でもコストが嵩ん
だり、M含有量によっては圧延が不可能であったのに対
して、急冷凝固法によって製造した含Mステンレス鋼の
板は鋳造ままの状態で、M含有量に依らず冷間圧延が可
能で、かつ、冷間圧延のみによって容易に数十列の厚さ
で均一な板厚の箔を得ることが出来るという新しい知見
に基づ(ものである。つまり、本発明法により均一な板
厚からなる含Mステンレス鋼箔を安定して安価に製造す
ること、さらに、Mの含有量が5.5wt%以上となっ
ても均一な板厚からなる箔を製造することの2つの課題
を同時に解決することが可能となった。
本発明について以下に具体的に説明する。
〔作用〕
ここで言う急冷凝固とは金属・合金の通常の造塊法や連
続鋳造法に比べ、より大きな冷、却速度での凝固のこと
で、例えば鋼などの熱゛伝導率の高い金属からなるロー
ルを高速回転させ、その上に溶融金属・合金を噴出する
ことにより実現できる。
より大きな冷却速度を得るために製品の形状に制限があ
り、主に薄い帯状の板である。このような方法によって
冷却速度が例えば10”C/秒程度まで大きくすること
が出来、合金の成分によっては非晶質化し、いわゆる非
晶質(アモルファス)合金を得ることも可能である。こ
のような鋳造方法では冷却速度を正確に測定するのは難
しく、また、急冷凝固法を従来の凝固法と冷却速度で厳
密に区分するのは難しいが、一般的に急冷凝固とは冷却
速度が102°C/秒程度以上の場合を指しているよう
である。
ここで言う含Nステンレス鋼の場合、その成分について
は後で述べるが、例えば10”C/秒程度の冷却速度で
急冷凝固させても非晶質化せず、得られる帯状の箔は結
晶構造のものである。たとえ非晶質化しなくても、急冷
凝固法によって得られる材料は従来の冷却速度で凝固さ
せたものに比べいくつかのメリットがある。例えば、溶
鋼から直接数十−の板厚の箔が得られること、つまり省
工程により安価に製造できることや、M含有量における
制限を取り除くことが出来ることなどで、このことにつ
いては前述の通りで排ガス触媒金属担体用箔の製造方法
として有益であった。
本発明者らはこの急冷凝固法に注目し、急冷凝固法によ
る含Nステンレス鋼箔の製造における欠点であった箔の
板厚精度の向上について検討し、ゑ、冷凝固法によって
得られた製品の圧延を試みた。
そして、鋳造ままの板を直接冷間圧延することで板厚が
30〜70nの箔とすることが出来ることを見い出した
。特にこの冷間圧延性はMの含有量に依存することなく
、M含有量が高くなっても容易に冷間圧延出来るという
ことはこれまでの常識からして驚くべきことである。
さらに、一般的には冷間圧延によって板厚精度の向上は
あまり認められないが、急冷凝固筒の場合冷間圧延のみ
によって板厚精度の向上が認められ、均一な板厚の箔が
得られることがわかった。
詳しくは実施例にて述べるが、例えば急冷凝固法により
0.1 mm程度の板を製造すると板厚変動は一般的に
平均板厚の±20%程度あるいはそれ以上あるが、この
板を冷間圧延により板厚が30〜7〇−で板厚変動を±
20%以下、さらには±10%以下にすることが可能で
ある。
また、この程度の冷間圧延を付加しても、安価な製造方
法である急冷凝固法のメリットを損なうものではない。
しかしながら、急冷凝固法によって得られる板にも冷間
圧延にはその板厚に限界がある。本発明法により、種々
の板厚の板について冷間圧延を試みたところ、板厚が0
.2mm以上となると冷間圧延は困難となり、熱間圧延
を組合せたり、あるいは熱処理をして冷間圧延が出来る
ように組織を調質しないと数十−の厚さの箔は得られな
いことがわかった。熱間圧延あるいは熱処理をするとな
ると従来法同様コスト高となるのでメリットはなくなる
と考えられる。よって、本発明法においては急冷凝固に
よって得る板の板厚に制限を設けた。
本発明によって用いられる急冷凝固法による製造方法は
基本的に、溶融合金をノズルを介して移動冷却基板上に
噴出し、熱的接触によって急冷凝固させる液体急冷法の
うち、片面冷却法である単ロール法、ドラム内壁を使う
遠心急冷法、エンドレスタイプのベルトを使用する方法
、さらにはこれらの改良型、例えば補助ロールやロール
表面温度制御装置を付属させた装置を使う方法、あるい
は減圧下ないし、真空中または不活性ガス中での鋳造も
それに含まれる。また、両面冷却法として、例えば一対
のロール間に溶融合金を注入して急冷凝固させるいわゆ
る双ロール法や双ベルト法なども含まれる。本発明法で
の急冷凝固法による板の好ましい製造条件については実
施例にて具体的に示すが、板厚の制御は主に冷却板の移
動する速度をコントロールすることにより行い、いずれ
の方法においても板厚が0.2 m未満となるようにす
る。
また急冷凝固法で得る板はできるだけ均一な板厚のもの
が好ましく、板厚変動を平均板厚の±30%程度以下と
することが望ましい。
一方、本発明法に用いられる圧延機は基本的には一対の
ロールからなる圧延機が用いられるが、このほかにバッ
クアップロールを付属させた2段以上の多段圧延機や、
これらを組み合わせた連続式圧延機さらにはゼンジミャ
多段圧延機や異径ロール圧延機なども含まれる。また、
急冷凝固と冷間圧延を連続して行なう、いわゆるインラ
イン方式であってもよい。
圧延条件としては例えば圧下率は均一な厚さとすること
を目的としていることからそれほど大きくする必要はな
い。本発明法における圧下率は1回の圧延でおよそ50
%以上でも可能であるが、あまり大きな圧下率とすると
割れが発生することもあるので、1回の圧延でおよそ5
0%以下、好ましくは30%以下である。また圧延回数
は生産性も考慮し、出来るだけ少ない方がよい。圧延速
度(ロール回転数)についてぽ特に限定しないが、5m
/秒以下が好ましい。また、得られる箔の直線性の向上
のために張力圧延も効果的である。本発明においては冷
間圧延により最終的に30〜70−の厚さの箔とするが
、このように板厚の範囲に制限を設けたのは金属担体用
箔として適した板厚が30〜70nであることによる。
また、本発明において金属担体用箔の板厚変動の目標レ
ベルを箔の平均板厚の±20%以下としている。この値
は30〜70−の板厚の含Mステンレス鋼箔を用いて金
属担体用にハニカム加工する際の加工性、担体にした時
の平板と波板の接点に空隙が生じないために、本発明者
らが設けた目標値である。もちろん、担体用箔として箔
の板厚変動は極力小さい方が望ましく、実際に本発明法
によれば箔の板厚変動が平均板厚の±10%以下、さら
には±5%以下である箔を製造することも可能である。
一方、象、冷凝固法による板の製造の際、各種製造パラ
メータを厳密にコントロールすることによって板厚変動
が平均板厚の±20%以下である30〜70n厚の含M
ステンレス鋼箔′の製造も不可能ではないが、工業的に
安定して得るのは非常に困難である。
次に本発明法により得られる含Mステンレス鋼の成分に
ついて述べる0本発明において限定した成分範囲は自動
車排ガス触媒担体用として要求される特性に基づいて定
められたものである。
Mの含有量について述べると、本発明法の適用範囲とし
て基本的にはN含有量に制限はなく、本発明法により容
易に均一な板厚の箔を製造できる。
ただ、N含有量に1&4t%以上20wt%以下と制限
を設けたのは金属担体用箔として必要とされる特性であ
る耐酸化性の点から、少なくとも1wt%必要なこと、
さらにMの含有量が20wt%を越えると融点が使用温
度近くまで下がるなどの理由からである。本発明法によ
り鋼塊から圧延して箔とする従来法に比べて安価に板厚
が数十−で均一な板厚の含Mステンレス鋼を製造出来る
ようになった。
さらに、従来法ではN含有量が5.5wt%以上となる
と箔の製造はほぼ不可能であったが、本発明により、N
含有量が5.5wt%以上でも板厚が数十−で均一な板
厚の含MステンレスwA箔の製造が可能になった。
次にCrの含有量についてであるが、金属担体用箔とし
てMの選択酸化を円滑にし、かつ、常温の耐食性を維持
するためにはCrを5wt%以上含有することがよい。
本発明法の適用においてCr含有量にも制限はないが、
過多のCrは金属担体用として脆化の点から問題で、C
r含有量は30wt%以下がよい。
他に、高温強度を付与する目的でCを1wt%以下、ま
た、製造工程上のバランスから2wt%以下のMn、ま
た、耐酸化性やAl2O,の密着性を向上させる目的で
、3wt%以下のSiを含むものである。
さらに、耐酸化性やlV2O,の密着性を一層向上させ
る目的で、必要により下記の群のうち各群の範囲内でい
ずれか片方または両方の群の元素を含有させることが出
来る。
a群iy、REMの一方または両方をそれぞれ0.3w
t%以下 す群;Ti、 Nb、 Zr、 Hfの一種以上をそれ
ぞれ2貨t%以下 ここでREMとはCe、 La、 Pr、 Nd、 P
m、 Sm等の希土類元素の総称で、REMの含有量と
はこれら元素の含有量の合計である。また、各群の元素
とも耐酸化性やAl2O,の密着性の一層の向上を実現
させるためには少なくても0.01wt%含有させるの
が望ましい。
なお、以上の成分の他は残部としてFeおよび不可避的
不純物を含むものである。
以上述べたような成分範囲の含Nステンレス鋼について
、本発明法により板厚30〜70−で板厚変動が平均板
厚の±20%以下、さらには±10%以下である均一な
板厚の箔を安定して安価に、さらにN含有量に依らずに
製造することが可能となった。本発明法は自動車排ガス
触媒担体用台Mステンレス鋼箔の製造に極めて有効な製
造方法であると言える。
〔実施例〕
各種成分の含Mステンレス鋼をそれぞれ真空溶解法によ
り作製し、急冷凝固箔製部のための試料とした。各試料
を高周波誘導溶解炉で再溶解し、溶湯を不活性ガス中で
高速回転している冷却用ロール上に噴出し、ロール上で
急冷凝固させて板を製造した(単ロール法Q0.得られ
た板について成分などのデータを表1中N011〜22
に示す。表1中に示す成分の残成分はFeである。この
場合、試料の噴出温度はおよそ1600°Cで溶湯の噴
出ガス圧は0.3 kg/ci、 300 mmφのロ
ールチロール表面速度を10〜15m/秒とした。一方
、表1中尚23〜27のサンプルは双ロール法により製
造したものである。この場合ロール径は300[lll
11でロール表面速度は5〜8m/秒とした。
急冷凝固法により製造した表1中Nα1〜27のサンプ
ルについてマイクロメーターを用いて板圧を測定し、各
サンプルの平均板厚および板厚変動を求めた。板厚測定
箇所はサンプルの長手方向に沿って1mごとの各位置で
板幅方向にほぼ等間隔に5箇所とした。サンプル長手方
向1mごとのこれら5箇所での測定値からそれぞれ平均
板厚を算出し、さらにサンプル長手方向1mごとの平均
板厚から全長についての平均板厚を算出して各サンプル
の平均板厚とした。一方、板厚変動については最終的に
得たサンプル全体の平均板厚を中心にサンプル長手方向
1mごとの各平均値の中からバラツキの最大値を用いて
整理した。各チャージの平均板厚及び板厚の変動の値は
表1中の象、冷凝固後の筒形状の欄に示した。また、板
幅については板厚についてと同様に、サンプル長手方向
に沿って1mごとに測定し、これらの値から平均板幅を
算出した。各サンプルの平均板幅の値も表1中の急冷凝
固後の筒形状の欄に示した。
次に、これらのサンプルについて冷間圧延を試みた。そ
の結果、全てのサンプルについてそれぞれの目標板厚ま
で冷間圧延できた。目標板厚は阻2.6のサンプルで3
01rmSNa3のサンプルで70頗、これら以外のサ
ンプルについては50.n+とじた。圧延条件はワーク
ロール径60m1、ロール圧下刃をMax80 ton
 、ロール回転数を10m/分、圧延回数を2〜5回と
した。また、サンプルの前方および後方から張力をかけ
て圧延したが、このときの張力をそれぞれ30〜100
kgf、40〜150kgf とした。
冷間圧延後のサンプルについて板厚、板厚変動および板
幅を求め、得られた値を冷間圧延後の筒形状の欄に記入
した。なお、板厚、板厚変動および板幅の求め方は急冷
凝固後のサンプルについてと同様の要領とした。板厚変
動の値から冷間圧延により板厚精度がかなり向上するこ
とがわかる。
次に、冷間圧延後の箔のうち21チヤージの箔を用いて
担体を作製した。担体は波板状に加工した箔ともともと
の平板を重ね合わせてこれをロール状に巻き、100閣
の径のものとし、ろう付けを行って箔同士を固定した。
担体の長さは箔の板幅に相当する長さである。
耐酸化性を評価す°るためにNα2,3,6,10゜1
1.22以外のチャージの圧延後の箔および担体につい
て、大気中1150°Cで150時間保持し、異常酸化
の有無を調査した。結果を表1中に示した。すべてのチ
ャージの箔と担体で異常酸化は認められなかった。
また″、試作した担体の接合(ろう付け)の状況を評価
するために担体の片側端面において平板と波板の接する
全箇所に対するろう付けにより接合のうまくいってる箇
所の比率を光学顕微鏡を用いて測定した。得られた比率
は接合率と称して表1中に整理した。いずれも70%以
上と高い値を示した。
次に、kl、7.14,16.26のチャージの担体を
排気1t1600ccのガソリンエンジンのエキゾース
トマニホールドに接続するフロントチューブの先端内側
にろう付けにより固定した。その後、予め塩化白金を含
浸させて乾燥、焼成した7−AI、0.粉を泥状に懸濁
させて、ハニカムに付着させ乾燥した後、エキゾースト
マニホールドに接続した。そして4000rpm、30
馬力で30分運転、30分停止のサイクルを10回繰り
返した後、フロントチューブを外して担体の状況を調査
した。なお、エンジン運転中のハニカム付近の排ガス温
度は880〜920°Cになるように点火位置を調整し
た。結果として、すべての担体でγ−7V、O,粉のハ
ニカムからの剥離がなく、他にも使用上の問題は認めら
れなかった。
〔比較例〕
表1中N028〜34に急冷凝固法により直接担体用筒
を製造した例を本発明法に対する比較例として示す。こ
れらの箔は目標板厚を50即として単ロール法により製
造した。この場合の製造装置は実施例中に示したものと
同一の単ロール製造機である。ロール表面速度は18〜
20m/秒でこれ以外の製造条件は実施例での条件と同
一とした。
板厚、板厚変動および板幅について実施例と同様の要領
で整理し、表1中に示した。急冷凝固法により直接50
−の板厚を目標に製造した箔はいずれのチャージにおい
ても板厚変動が大きい。これらの箔を用いて実施例に示
したと同じ要領で担体を製作し、接合率を調査した。ま
た、耐酸化性についても実施例でのものと同じ要領で評
価した。
結果として、耐酸化性には優れていたが、接合率で低い
値を示した。
〔発明の効果〕
以上の如く本発明は、より安価に、さらにM含有量の制
限をも取り除き、均一な板厚からなる自動車排ガス触媒
金属担体用の含Mステンレス鋼箔の製造法を提供するも
ので、自動車の触媒コンバーターの通気抵抗の低減や高
品質化、軽量化などに貢献し、産業上の利益は極めて大
きい。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)含Alステンレス鋼の溶鋼を、急冷凝固させて板
    厚が0.2mm未満の板とし、その後鋳造ままの前記の
    板を冷間圧延することを特徴とする自動車排ガス触媒担
    体用ステンレス鋼箔の製造方法。
  2. (2)含Alステンレス鋼の溶鋼を移動冷却体上に噴出
    し、片面冷却法もしくは両面冷却法により急冷凝固させ
    て板厚が0.2m未満の板とし、その後鋳造ままの前記
    の板を冷間圧延することを特徴とする自動車排ガス触媒
    担体用ステンレス鋼箔の製造方法。
  3. (3)含Alステンレス鋼が、Alを1wt%以上20
    wt%以下、Crを5wt%以上30wt%以下、Mn
    を2wt%以下、Siを3wt%以下およびCを1wt
    %以下、残部Feと不可避的不純物からなる合金である
    請求項1または2に記載の自動車排ガス触媒担体用ステ
    ンレス鋼箔の製造方法。
  4. (4)含Alステンレス鋼が、Alを1wt%以上20
    wt%以下、Crを5wt%以上30wt%以下、Mn
    を2wt%以下、Siを3wt%以下、Cを1wt%以
    下および下記の群のうち各群の範囲内でいずれか片方ま
    たは両方の群の元素を含有し、残部Feと不可避的不純
    物からなる合金である請求項1または2に記載の自動車
    排ガス触媒担体用ステンレス鋼箔の製造方法。 a群;Y、REMの一方または両方をそれぞれ0.3w
    t%以下 b群;Ti、Nb、Zr、Hfの一種以上をそれぞれ2
    wt%以下
  5. (5)含Alステンレス鋼が、Nを5.5wt%以上2
    0wt%以下、Crを5wt%以上30wt%以下、M
    nを2wt%以下、Siを3wt%以下およびCを1w
    t%以下、残部Feと不可避的不純物からなる合金であ
    る請求項1または2に記載の自動車排ガス触媒担体用ス
    テンレス鋼箔の製造方法。
  6. (6)含Alステンレス鋼が、Alを5.5wt%以上
    20wt%以下、Crを5wt%以上30wt%以下、
    Mnを2wt%以下、Siを3wt%以下、Cを1wt
    %以下および下記の群のうち各群の範囲内でいずれか片
    方または両方の群の元素を含有し、残部Feと不可避的
    不純物からなる合金である請求項1または2に記載の自
    動車排ガス触媒担体用ステンレス鋼箔の製造方法。 a群;Y、REMの一方または両方をそれぞれ0.3w
    t%以下 b群;Ti、Nb、Zr、Hfの一種以上をそれぞれ2
    wt%以下
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