JPH09125208A

JPH09125208A - ベローズ加工性および耐高温塩害特性に優れたベローズ用フェライト系ステンレス鋼板

Info

Publication number: JPH09125208A
Application number: JP28626295A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Takada; 健高田; Akio Yamamoto; 章夫山本
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-11-02
Filing date: 1995-11-02
Publication date: 1997-05-13

Abstract

(57)【要約】【課題】高価なＮｉを含まない安価で、ベローズ加工
性と耐高温塩害特性に優れたベローズ用フェライト系ス
テンレス鋼を提供する。【解決手段】重量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｃｒ：
１０．０〜２３．０％、Ｎ：０．０１５％以下、Ｔｉ：
Ｃ含有量とＮ含有量の和の４倍以上でかつ０．６％以下
を含み、さらに必要に応じてＭｏ：０．０５〜２．０％
を含み、表面粗さが算術平均粗さＲａで０．１〜０．５
μｍ、かつ最大深さＲｖで１．５０μｍ以下であるフェ
ライト系ステンレス鋼板を得る。これによってベローズ
加工性と耐高温塩害特性に優れた安価なベローズ用材料
が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動車排気系、ガス
の配管、水道管に使用されるベローズ加工性および耐高
温塩害特性に優れたベローズ用フェライト系ステンレス
鋼板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ベローズ管は気体、液体等の配管とし
て、熱による歪や振動を吸収するのを目的として使用さ
れている。従来、このベローズには銅合金やオーステナ
イト系ステンレス鋼が用いられてきた。この理由は、ベ
ローズ構造への加工が他の金属では困難であったためで
ある。すなわち、銅合金やオーステナイト系ステンレス
鋼は、冷間での伸びが大きく、伸びによって成形される
バルジ加工を適用するベローズには最適の材料である。
これに対して、炭素鋼のｂｃｃ結晶からなる金属は延性
が不足するためにバルジ加工ができなかった。

【０００３】一方、オーステナイト系ステンレス鋼製ベ
ローズは、製造は容易であるものの、内部を通る腐食性
の溶液によっては応力腐食割れが発生し易いという欠点
があった。これは、ベローズは管の凸部分の山と凹部分
の谷の曲げによって歪や振動を吸収するために、凸部分
と凹部分には必ず応力が掛かる。すなわち、応力の除去
は不可能な構造、部品である。それにもかかわらずオー
ステナイト系ステンレス鋼は、応力腐食割れ感受性の高
い合金である。このため、オーステナイト系ステンレス
鋼製のベローズは応力腐食割れが極めて発生し易いとい
う欠点があった。

【０００４】そこで、応力腐食割れを回避するために
は、応力腐食割れ感受性の低い材料を用いるか、構造的
に応力腐食割れが起きにくい構造すなわち応力負荷が残
らない構造とするかのどちらかである。オーステナイト
系ステンレス鋼の応力腐食割れ感受性を低減するために
は、例えば特開昭４９−１０７９１５号公報に記載され
ているように、Ｎｉ含有量を増加させ、Ｃｒ、Ｎ、Ｍ
ｏ、Ｐを低減することが提案されている。しかし、この
ような鋼を用いても応力腐食割れ発生までの時間が相応
に伸びるだけで応力腐食割れの発生を防止するまでには
至らなかった。

【０００５】一方、構造的にはベローズの凹凸の数を増
やしたり凹部や凸部の曲げ角度を小さくすることで、応
力を分散してひとつひとつの凹部ないし凸部に掛かる応
力を低下させることが考えられている。しかしこの方法
は、ベローズが大きくなったり長くなるため装置も大き
くする必要があるなど、コストが高くなる欠点があっ
た。しかも、それでも応力腐食割れの感受性は解消せ
ず、環境によっては応力腐食割れに悩まされてきた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、ベロ
ーズ材料としてオーステナイト系ステンレス鋼はベロー
ズ加工性に優れているが、他方ベローズ材料の実環境で
の使用性能として要求される耐高温塩害特性に対しては
高価なＮｉの多量含有が必要であり、製造コストの上昇
をまねく。そこで、本発明は、オーステナイト系ステン
レス鋼よりもコスト的に安価なフェライト系ステンレス
鋼のベローズ加工時の加工割れを防止して歩留り生産性
を向上させ、かつ耐高温塩害特性に優れたベローズ用フ
ェライト系ステンレス鋼を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、フェライ
ト系ステンレス鋼の延性を改善するために、従来知見に
基づいてＣやＮを極限まで低減し素材の延性を向上させ
て試験を行った。ところが、素材の引張試験による延性
は向上したにもかかわらず、必ずしもベローズの山部分
や加工部分の端部で破断事故は減少しなかった。更に、
介在物或いは析出物による影響を考え破断断面を詳細に
観察したが、それらを発見するには至らなかった。

【０００８】そこで、これら以外の原因として、素材表
面の欠陥が起因して破壊が発生することに注目した。こ
の場合、素材表面の凹凸が原因と考えられた。すなわ
ち、素材表面の凹凸により局所的に板厚が小さくなって
いる部分に応力が集中して破断が発生する可能性に着目
した。そこで、表面上の微小な凹凸を極力抑えること
で、ベローズの加工割れを低減させることを試みた。ま
ず、表面粗さを変化させた同一素材の加工性を評価し
た。評価はＣおよびＮを０．０２重量％以下に極力低減
させた素材を用いて液圧バルジ試験で行った。液圧バル
ジ試験はベローズ成形を再現する最適な試験と考え評価
方法に用いた。その結果、表面粗さの算術平均粗さＲａ
および最大深さＲｖが加工割れに影響しているものと推
察された。

【０００９】そこで、種々のＲａおよびＲｖからなる素
材で検討を重ねた結果、Ｒａが０．１μｍ以上０．５μ
ｍ以下かつ最大深さＲｖが１．５μｍ以下の素材が最も
加工性に優れていることを見出した。すなわち、Ｒａ、
Ｒｖをそれぞれ０．１μｍ以上０．５μｍ以下、１．５
μｍ以下にすることでベローズ加工割れを阻止できる鋼
板の製造に成功した。

【００１０】一方、この様な低ＣおよびＮのフェライト
系ステンレス鋼の耐高温塩害特性を評価するために、ベ
ローズの実環境を模擬する高温塩害サイクル試験を行っ
た。試験は、３％ＮａＣｌ水溶液に板状試験片を５分間
浸し、大気炉中５００℃で２時間保定し、大気中１０分
間の強制空冷の３工程を１サイクルとした試験を５サイ
クルまで行った。５サイクル後の試験表面は全面腐食を
呈していたが、１サイクル後の試験片では腐食の起点と
推察される点が見られた。この試料表面を詳細に観察し
た結果、この点にＣｒ系炭化物の存在が認められた。こ
のことより、Ｃｒ系炭化物周辺のＣｒ欠乏領域が腐食の
起点であり、ここから全面に腐食が進行するものと推定
された。

【００１１】この様なＣｒ系炭化物の数を低減させれば
腐食の進行は抑制される。そのためにはＣを予め固着さ
せることが有効であると考え、従来知見に基づき鋼中の
Ｃを固着させるＴｉを添加させた鋼を製造し上記のサイ
クル試験を行った。５サイクル後の試験片の腐食減量を
測定した結果、Ｔｉ添加鋼の腐食減量はＴｉを添加しな
い鋼のそれに比べ少なかった。さらに、１サイクル後の
試験片表面を観察した結果、Ｔｉ添加鋼では腐食の起点
は見出せなかった。

【００１２】また、自動車排気系ベローズすなわちフレ
キシブルチューブ用素材には更に優れた耐高温塩害特性
が要求される。この様な素材では腐食の起点を低減させ
る以上に極力全面腐食の進行を抑制することが必要と考
えられる。そこで、この様な厳しい環境下では従来知見
によりＭｏの添加が高温塩害による全面腐食の進行を抑
制に有効であると考え、Ｔｉに加えＭｏを添加した鋼を
製造し、上記のサイクル試験を行った。その結果、５サ
イクル後の試験片の腐食減量はＴｉのみ添加した鋼に比
べ極めて少なかった。この様にして、ベローズが使用さ
れる塩害環境下においても、Ｔｉ、Ｍｏ添加は有効であ
ることが判明した。

【００１３】本発明は、以上のベローズ加工に要求され
る加工性の知見とベローズが使用される環境下に要求さ
れる耐高温塩害特性の知見を基になされたものであっ
て、重量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｃｒ：１０．
０〜２３．０％、Ｎ：０．０１５％以下、Ｔｉ：Ｃ含
有量とＮ含有量の和の４倍以上でかつ０．６％以下を含
み、表面粗さが算術平均粗さＲａで０．１〜０．５μ
ｍ、かつ最大深さＲｖで１．５０μｍ以下であることを
特徴とするベローズ加工性および耐高温塩害特性に優れ
たベローズ用フェライト系ステンレス鋼板にある。さら
に、より厳しいベローズ高温塩害環境下に耐えるために
は、上記フェライト系ステンレス鋼へのＭｏの添加が有
効である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の限定理由につい
て説明する。Ｃは侵入型に固溶して強度を増加させる
が、延性を低下させる元素である。そこで十分な延性確
保するために、上限を重量％で０．０２％とした。Ｃｒ
はステンレス鋼の基本成分であるが、多量の添加は延性
を低下させる。そこで上限を重量％で２３％とした。下
限は、耐食性を確保するため１０％とした。Ｎは、Ｃと
同様の作用を有するので、ベローズ加工に十分な延性を
有するため、上限を重量％で０．０１５％とした。

【００１５】Ｔｉは、強力な炭窒化物形成元素であり、
固溶Ｃ、Ｎ量を減少させる。その結果、延性は向上す
る。さらに、高温塩害における腐食の起点となるＣｒ系
炭化物の生成を減少させる。Ｔｉの添加量はＴｉＣおよ
びＴｉＮとしてＣおよびＮを量論的に完全に固定させる
必要があるので、重量％で下限を（Ｃ＋Ｎ）の４倍とし
た。しかし、０．６％以上の添加は固溶Ｔｉ単独による
延性低下が顕著となるので、上限を重量％で０．６％と
した。

【００１６】Ｍｏの添加は、全面腐食の進行を抑制させ
る。しかし、過剰の添加は素材の加工性を劣化させてベ
ローズ成形時の割れを発生させる。そのため、添加量の
下限を０．０５％とし、上限を２．０％とした。その他
の成分については、通常のフェライト系ステンレス鋼に
含有されるものであればかまはない。

【００１７】一方、本発明の鋼板は、その表面性状とし
て算術平均粗さＲａと最大深さＲｖを規定する。算術平
均粗さＲａおよび最大深さＲｖの値は、液圧バルジ試験
の結果より、成形高さの高い範囲すなわちＲａを０．５
μｍ以下、かつＲｖを１．５μｍ以下と限定した。しか
し、Ｒａが０．１μｍより小さいと、実際のベローズ加
工時に加工金型と素材の間に潤滑油が入らなくなり、金
型と接触している部分で破壊が起こる。そこで、Ｒａの
下限値を０．１μｍと設定した。ＲａおよびＲｖの値
は、ＪＩＳＢ０６０１の試験方法に準拠して測定した値
である。上記表面性状は、熱間圧延、冷間圧延、スキン
パス圧延等の圧延ロールの表面を適正に管理すること、
また次工程以降の傷低減化のための熱間圧延における板
温調節、更には安定な不動態皮膜形成化のための熱処理
温度の調節により得ることが出来る。

【００１８】本発明は、ベローズの加工時に発生し易い
破壊を減少し得るベローズ加工用のフェライト系ステン
レス鋼を提供する。母材のフェライト系ステンレス鋼
は、ＣおよびＮの含有量を低いレベルに限定することに
よって、ベローズの凸部と凹部の径の差を十分確保する
ことが可能となる。更に、Ｒａを０．１μｍ以上０．５
μｍ以下にすることで、平均的な表面の微小な凹凸は減
少し、かつベローズ加工時の金型との潤滑油による潤滑
が良好になり、その上でＲｖを１．５μｍ以下にするこ
とで加工時の表面上への応力集中を緩和させることが可
能となる。この結果、微小な凹凸が原因となる加工割れ
が低減し、ベローズ加工時の割れは著しく減少して歩留
りは向上する。

【００１９】一方、ベローズに要求される耐高温塩害特
性を得るために、Ｔｉの添加は腐食の起点となるＣｒ系
炭化物の発生を減少させる。さらにＭｏとの複合添加に
より全面腐食の進行が抑制され、高温塩害特性の優れた
ベローズ用フェライト系ステンレス鋼板が提供できる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明鋼板を実施例でさらに詳しく説
明する。まず、表１に示す各種フェライト系ステンレス
鋼板（板厚０．５mm）を、通常の製法によって、溶解−
鍛造ー熱延−酸洗−冷延−焼鈍−スキンパスの工程で製
造した。その際に、熱延、冷延、スキンパスの圧延ロー
ル表面粗度を組み合わせて、さらに熱延時の板温度およ
び焼鈍時の温度調節を行い表１に示す表面性状を得た。

【００２１】次に、得られた各種鋼板について、ベロー
ズ加工試験および高温塩害サイクル試験を実施し、試験
結果を表２に示した。なお、それらの試験条件は以下の
通りであった。（１）ベローズ加工試験ベローズ加工試験をシミュレートする評価方法として液
圧バルジ試験を適用した。試験は、バルジ成形の直径を
１００mmとし、成形高さ２８mmまで成形する間に割れが
発生するか否かによって加工性能を評価した。表２で○
は割れ発生なし、×は割れ発生を示す。（２）高温塩害サイクル試験高温塩害サイクル試験は、３％ＮａＣｌに５分間浸し、
６００℃２時間大気炉中に保定、１０分間の大気中強制
空冷の順の３工程を１サイクルとして行い、１０サイク
ル後の腐食減量を測定した。ｎ数は５であり、腐食減量
の平均値を求めた。なお、試験には現行のベローズ材料
として適用されているＳＵＳ３０４鋼を従来例として用
い、高温塩害特性の評価は現行ＳＵＳ３０４鋼の腐食減
量を基準として行った。 ○：腐食減量が同等またはそれ以下 ×：腐食減量がＳＵＳ３０４鋼より多い

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】表２より明らかなように、本発明のフェラ
イト系ステンレス鋼板はベローズ加工による割れ発生が
なく高加工度に耐えられると同時に、耐高温塩害特性も
現行ＳＵＳ３０４鋼と同等またはそれ以上に優れてい
る。特に、ＴｉとＭｏを複合添加したものは、耐高温塩
害特性がさらに優れている。

【００２５】

【発明の効果】従来、フェライト系ステンレス鋼板のベ
ローズ加工は可能となったものの、オーステナイト系ス
テンレス鋼に比べると製造時の破壊が多く発生し、製造
コストの上昇を招いていたが、本発明のフェライト系ス
テンレス鋼板ではベローズ加工性を大幅に改善されたの
で、ベローズの製造歩留まりが従来よりも大きく向上す
る。さらには、高価なＮｉを含まなくてもよいのでコス
ト低減の効果も得られる。また、従来よりも耐高温塩害
特性にも優れ、現行のオーステナイト系ステンレス鋼に
代替しうる十分な耐食性を有している。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｃｒ：１０．０〜２３．０％、Ｎ：０．０１５％以下、Ｔｉ：Ｃ含有量とＮ含有量の和の４倍以上でかつ０．６
％以下を含み、表面粗さが算術平均粗さＲａで０．１〜
０．５μｍ、かつ最大深さＲｖで１．５０μｍ以下であ
ることを特徴とするベローズ加工性および耐高温塩害特
性に優れたベローズ用フェライト系ステンレス鋼板。
【請求項２】請求項１記載のフェライト系ステンレス
鋼に、さらに重量％で、Ｍｏ：０．０５〜２．０％を含むことを特徴とするベローズ加工性および耐高温塩
害特性に優れたベローズ用フェライト系ステンレス鋼
板。