JPH10204590A - 耐熱性、加工性およびマフラー耐食性に優れるエンジン排気部材用フェライト系ステンレス鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価で、耐熱性、加工性および溶接部のマフ
ラー耐食性に優れるエンジン排気系の高温側ならびに低
温側部材に適用可能なフェライト系ステンレス鋼を得
る。 【解決手段】 Ｃ：0.02％未満、Si：0.4 〜1.0 ％未
満、Mn：0.20％未満、Cr：10〜15％未満、Ni：0.05〜1.
0 ％未満、Ti：0.05〜0.30％未満、Nb：0.10〜0.30％未
満、Ｐ：0.06％未満、Ｓ：0.01％未満およびＮ：0.020
％未満を含有し、残部は実質的にFeの成分組成になり、
全温度域でフェライト単相組織であるフェライト系ステ
ンレス鋼。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、自動車の排気部
材の用途に適したフェライト系ステンレス鋼に関するも
ので、とくに、高耐熱性が要求されるエンジンに近い部
位からマフラーのような耐食性が要求される部位までに
適用することを想定した耐熱性、加工性および溶接部の
マフラー耐食性に優れ、かつ経済性にも優れるエンジン
排気部材用フェライト系ステンレス鋼を提案するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】フェライト系ステンレス鋼は、オーステ
ナイト系ステンレス鋼に比し安価であることから、自動
車の排気系部材に多用されている。

【０００３】自動車の排気系環境のうち、排気マニホー
ルドのように温度が 900℃を超える程度にまで上昇する
部位では、優れた耐熱性が必要であり、このためSUS 43
0J1L(19Cr-0.4Si-0.4Nb-0.5Cu) がおもに使用されてき
た。一方、マフラーに代表されるように、排気温度が比
較的低い部位では、排ガスの凝縮液がたまりやすく、こ
の凝縮液によるマフラー腐食が問題になっており、18Cr
材(18Cr-0.1Si-0.2Ti)が主として使用されはじめてい
る。

【０００４】このように、自動車の排気系に使用される
材料は、高温側と低温側とにおいて、全く異なる特性が
要求され、材料を区別して使用しなければならないとい
う問題とともに、高温側では高Cr鋼に 0.4mass％（以下
単に％であらわす）ものNbが含有されており、低温側で
は高Cr鋼のため、ともにコスト高になるという問題があ
った。そこで、安価で、かつ高温部から低温部まで適用
可能な統一材料の開発が強く望まれていた。

【０００５】また、材料供給側にとっても、材料統一は
管理および生産効率の点で大きなメリットであり、材料
の供給者、使用者いずれにも統一材料の開発の必要性が
あったにもかかわらず、現状では、そのような材料は存
在していなかった。なお、排気部材は鋼板から成形加工
して製作されることから、より優れる加工性を有するこ
とも要求特性の一つである。

【０００６】つぎに、従来技術のうち、高温側部材を想
定した開示例について以下に述べる。たとえば、特開平
8-60306 号公報（自動車排気系部材用フェライトステン
レス鋼）には、排気系部材を一つの鋼種に一体化するこ
とを目的としたフェライト系ステンレス鋼が開示されて
いる。

【０００７】しかしながら、その記載内容（第３頁〔00
17〕）によれば、排気マニホールド、フロントパイプお
よびセンターパイプに兼用可能であることが明記されて
いて、これは排気系高温部位の材料統一を想定している
ものであって、低温部位のマフラーまでを想定したもの
でないことは明らかである。

【０００８】したがって、この開示例は、Si：0.6 〜1.
5 ％、Cr：16〜22％のように比較的高いSiおよびCrレベ
ルであっても、マフラー材のような腐食環境には耐え得
ないことを示唆していると考えられるものであり、実際
に発明者らの実験によっても、高Cr化した場合ではマフ
ラー材への適用は不適であることが確かめられている。

【０００９】特開平6-248394号公報（耐高温塩害腐食性
に優れた自動車排気系機器用フェライトステンレス鋼）
には、フロントパイプおよびセンターパイプでの使用を
考慮した耐高温塩害腐食特性に優れたフェライト系ステ
ンレス鋼が開示されている。

【００１０】しかし、その記載内容（第３頁〔0020〕）
によれば、溶接部の耐食性向上のためTi, Nbを添加する
としており、それらの効果はそれぞれ等価なものとの認
識であり、溶接部のマフラー耐食性に大きく影響するTi
とNbとの複合添加の効果が認識されていない。そのた
め、実施例における発明鋼、比較鋼のいずれもNb単独添
加の例があるだけである。加えて、溶接部のマフラー耐
食性に及ぼすMnの影響も認識されていないため、実施例
における発明鋼、比較鋼のいずれも0.28％以上の高いMn
レベルである。したがって、Nbの単独添加でかつこのよ
うな高いMnレベルでは十分な溶接部のマフラー耐食性を
得ることは困難であり、低温側部材用には適さない。

【００１１】なお、発明者らの実験によれば、Si量が比
較的低レベル (0.4 ％以下) の場合、Mn量が比較的高レ
ベルの場合 (0.20％以上) 、TiまたはNbの単独添加の場
合等では十分な溶接部のマフラー耐食性を得ることは難
しいとの知見を得ている。

【００１２】米国特許第4417921 号明細書(Welded feri
tic stainless steel article)にはCb(Nb)とTiとの効果
を等価とする溶接フェライト系ステンレス鋼材が開示さ
れているが、その実施例および比較例の鋼の成分組成を
見ると、Si量の記載がなく、Tiの単独添加であり、さら
にMn量は0.29％以上の高いレベルにあることから、この
ような成分組成のフェライト系ステンレス鋼では、十分
な溶接部のマフラー耐食性を得ることができなく、低温
側部材用としては不適である。

【００１３】さらに、特開平7-368554号公報 (成形加工
性および耐熱性の優れた自動車排気系用フェライト系ス
テンレス鋼板) には、自動車排気系の高温側部材への適
用を想定したフェライト系ステンレス鋼板が開示されて
いる。しかし、この技術もマフラー腐食についての考慮
がはらわれていなく、溶接部のマフラー耐食性に影響す
るSi, Mnなどの効果が認識されていないので、溶接部の
マフラー耐食性を著しく向上させる技術ではなく、低温
側部材用には向かない。

【００１４】一方、低温側部材を想定した技術として、
Moを１％以上含有させた特開平5-112848号公報 (耐全面
腐食性と耐局部腐食性の優れた自動車排気系ステンレス
鋼)が提案開示されている。これは、特にマフラー腐食
を念頭におき、母材部の耐食性を向上させるものであ
る。

【００１５】ここで、マフラー腐食で問題となる部位は
その成形加工上必然的に生じる溶接部である。すなわ
ち、この溶接部での著しい腐食を起点とし外部応力によ
って亀裂が伝播し、溶接部が破断に至ることが最大の問
題点であり、母材の腐食レベルは溶接部に比し軽微であ
るため、母材の耐食性はマフラーの寿命に大きく影響し
ない。

【００１６】このように、溶接部が最も腐食が激しいた
め、マフラーの耐蝕性を向上させるためには、この溶接
部での腐食ピットの発生を低減し破断の起点の発生を防
止すればよいことになる。

【００１７】しかしながら、特開平5-112848号公報で
は、Moの添加で母材の耐食性は向上するものの溶接部の
耐食性にはほとんど効果がなく、同時に１％以上のMoの
添加はコスト面でも不利になる。

【００１８】また、溶接部の耐食性を向上させるのに、
TiやNb等の安定化成分を添加することは公知であり、上
記の特開平5-112848号公報においてもTi, Nbの添加理由
が溶接部の耐粒界腐食性の向上の点から記述されてい
る。しかしながら、近年になっても依然として発生する
マフラー腐食の問題は、溶接部の著しい腐食を起点とす
る接合部の破断であることが明らかとなっており、単に
Mo, TiおよびNbの添加のみでは、溶接部のマフラー耐食
性が十分でないことも判明している。

【００１９】この理由は、特開平5-112848号公報にも記
載されているように、排ガス凝縮液はpHがおよそ９から
１程度まで極端に変化するため、このような環境下では
単にMo, TiおよびNbを添加するのみでは、溶接部のマフ
ラー耐食性に対して十分でなかったものと考えられる。

【００２０】また、排ガス凝縮液には亜硝酸、蟻酸が含
有されており、このようなイオンに対して考慮した材料
開発がなされていなかったため、現時点でも溶接部のマ
フラー耐食性に優れた安価な材料がなかったのである。
なお、このような腐食環境下では、高Cr化、TiまたはNb
の単独添加は驚くことにその効果は小さいのである。

【００２１】このように、これまで溶接部のマフラー耐
食性を考慮した材料開発がなされていなかったため、現
時点でもマフラー耐食性に優れた安価な材料の出現がな
いことから、溶接部のマフラー耐食性の向上と省Cr化等
によるコスト低減が強く求められているのである。

【００２２】ついで、特開平4-228547号公報 (耐粒界腐
食性、造管性および高温強度に優れたフェライト系ステ
ンレス鋼) には、NbやTiを添加してＣ，Ｎを固定するこ
とによる耐粒界腐食性の向上と高温強度等の向上などを
目的としたフェライト系ステンレス鋼が提案開示されて
いる。

【００２３】これは耐粒界腐食性の向上をはかっている
ものの、その耐粒界腐食性は単にシュトラウス試験で評
価しているだけであり、この試験法では、従来の知見と
同様にTiやNbのようなＣ，Ｎを固定する成分を添加すれ
ば耐粒界腐食性が向上するとの評価がでるだけであり、
このような試験法ではマフラー耐食性を評価することは
困難である。

【００２４】なぜならば、マフラー腐食は、上記したよ
うに、排ガス凝縮液のpHが９から１まで極端に変化し、
加えてその凝縮液には亜硝酸や蟻酸が含まれるなど特有
の腐食環境にあり、シュトラウス試験はマフラー耐食性
をシミュレートしていないためである。したがって、特
開平4-228547号公報では、低SiのTi, Nb複合添加材がシ
ュトラウス試験で優れた特性を示しているが、このよう
な低Siで実際のマフラー耐食性の向上をはかることは困
難である。

【００２５】以上、耐熱性および加工性に優れ、かつ溶
接部のマフラー耐食性にも優れる安価な材料についい
て、強い開発要請があったにもかかわらず、これまでそ
の要請に適応できる材料は出現していなかったのであ
る。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、前記した
問題点を有利に解決しようとするものであり、これまで
高温側部材に使用されていたSUS 430 J1L (Nb:0.42％)
なみの優れた高温強度を0.3％未満の少ないNb量で達成
させ、かつ、従来低温側部材（マフラー）に使用されて
いた18Cr-0.2Tiのフェライト系ステンレス鋼よりも優れ
た溶接部のマフラー耐食性、すなわちマフラー耐久性を
有し、加工性にも優れる低Cr−低Nb鋼をベースとする安
価なエンジン排気部材用フェライト系ステンレス鋼を提
案することを目的とする。

【００２７】さらに、このような高耐熱性と高耐食性と
をかねる安価な材料で、エンジン排気系の高温側部材用
および低温側部材用の材料統一をはかることも目的の一
つとするものである。

【００２８】

【課題を解決するための手段】発明者らは、Nbが高価な
成分であることから 0.3％未満に抑えた上で、低Cr化、
高Si化および低Mn化とTi-Nb の複合添加が、溶接部のマ
フラー耐食性に極めて有効であることを知見し、この発
明を達成したものである。すなわち、この発明の要旨と
するところは以下の通りである。

【００２９】 Ｃ：0.02mass％未満、 Si：0.4 mass％超え、1.0 mass％未満、 Mn：0.20mass％未満、 Cr：10mass％以上、 15mass％未満、 Ni：0.05mass％以上、1.0 mass％未満、 Ti：0.05mass％以上、0.30mass％未満、 Nb：0.10mass％以上、0.30mass％未満、 Ｐ：0.06mass％未満、 Ｓ：0.01mass％未満および Ｎ：0.020 mass％未満 を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の成分組成に
なり、全温度域でフェライト単相組織である耐熱性、加
工性およびマフラー耐食性に優れるエンジン排気部材用
フェライト系ステンレス鋼（第１発明）。

【００３０】 Ｃ：0.02mass％未満、 Si：0.4 mass％超え、1.0 mass％未満、 Mn：0.20mass％未満、 Cr：10mass％以上、 15mass％未満、 Ni：0.05mass％以上、1.0 mass％未満、 Ti：0.05mass％以上、0.30mass％未満、 Nb：0.10mass％以上、0.30mass％未満、 Ｐ：0.06mass％未満、 Ｓ：0.01mass％未満および Ｎ：0.020 mass％未満 を含み、さらに Ｖ：0.05mass％以上、1.0 mass％未満、 Cu：0.02mass％以上、1.0 mass％未満、 Zr：0.05mass％以上、0.5 mass％未満および Al：0.01mass％以上、0.5 mass％未満 のうちから選んだ１種または２種以上を含有し、残部は
Feおよび不可避的不純物の成分組成になり、全温度域で
フェライト単相組織である耐熱性、加工性およびマフラ
ー耐食性に優れるエンジン排気部材用フェライト系ステ
ンレス鋼（第２発明）。

【００３１】 Ｃ：0.02mass％未満、 Si：0.4 mass％超え、1.0 mass％未満、 Mn：0.20mass％未満、 Cr：10mass％以上、 15mass％未満、 Ni：0.05mass％以上、1.0 mass％未満、 Ti：0.05mass％以上、0.30mass％未満、 Nb：0.10mass％以上、0.30mass％未満、 Ｐ：0.06mass％未満、 Ｓ：0.01mass％未満および Ｎ：0.020 mass％未満 を含み、さらに Mo：0.01mass％以上、0.8 mass％未満 を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の成分組成に
なり、全温度域でフェライト単相組織である耐熱性、加
工性およびマフラー耐食性に優れるエンジン排気部材用
フェライト系ステンレス鋼（第３発明）。

【００３２】 Ｃ：0.02mass％未満、 Si：0.4 mass％超え、1.0 mass％未満、 Mn：0.20mass％未満、 Cr：10mass％以上、 15mass％未満、 Ni：0.05mass％以上、1.0 mass％未満、 Ti：0.05mass％以上、0.30mass％未満、 Nb：0.10mass％以上、0.30mass％未満、 Ｐ：0.06mass％未満、 Ｓ：0.01mass％未満および Ｎ：0.020 mass％未満 を含み、さらに Ｖ：0.05mass％以上、1.0 mass％未満、 Cu：0.02mass％以上、1.0 mass％未満、 Zr：0.05mass％以上、0.5 mass％未満および Al：0.01mass％以上、0.5 mass％未満 のうちから選んだ１種または２種以上と Mo：0.01mass％以上、0.8 mass％未満 とを含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の成分組成
になり、全温度域でフェライト単相組織である耐熱性、
加工性およびマフラー耐食性に優れるエンジン排気部材
用フェライト系ステンレス鋼（第４発明）。

【００３３】 Ｃ：0.02mass％未満、 Si：0.4 mass％超え、1.0 mass％未満、 Mn：0.20mass％未満、 Cr：10mass％以上、 15mass％未満、 Ni：0.05mass％以上、1.0 mass％未満、 Ti：0.05mass％以上、0.30mass％未満、 Nb：0.10mass％以上、0.30mass％未満、 Ｐ：0.06mass％未満、 Ｓ：0.01mass％未満および Ｎ：0.020 mass％未満 を含み、さらに Ｂ：0.0002mass％以上、0.005 mass％未満および Ca：0.001 mass％以上、0.03mass％未満 を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の成分組成に
なり、全温度域でフェライト単相組織である耐熱性、加
工性およびマフラー耐食性に優れるエンジン排気部材用
フェライト系ステンレス鋼（第５発明）。

【００３４】 Ｃ：0.02mass％未満、 Si：0.4 mass％超え、1.0 mass％未満、 Mn：0.20mass％未満、 Cr：10mass％以上、 15mass％未満、 Ni：0.05mass％以上、1.0 mass％未満、 Ti：0.05mass％以上、0.30mass％未満、 Nb：0.10mass％以上、0.30mass％未満、 Ｐ：0.06mass％未満、 Ｓ：0.01mass％未満および Ｎ：0.020 mass％未満 を含み、さらに Ｖ：0.05mass％以上、1.0 mass％未満、 Cu：0.02mass％以上、1.0 mass％未満、 Zr：0.05mass％以上、0.5 mass％未満および Al：0.01mass％以上、0.5 mass％未満 のうちから選んだ１種または２種以上と Ｂ：0.0002mass％以上、0.005 mass％未満および Ca：0.001 mass％以上、0.03mass％未満 とを含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の成分組成
になり、全温度域でフェライト単相組織である耐熱性、
加工性およびマフラー耐食性に優れるエンジン排気部材
用フェライト系ステンレス鋼（第６発明）。

【００３５】 Ｃ：0.02mass％未満、 Si：0.4 mass％超え、1.0 mass％未満、 Mn：0.20mass％未満、 Cr：10mass％以上、 15mass％未満、 Ni：0.05mass％以上、1.0 mass％未満、 Ti：0.05mass％以上、0.30mass％未満、 Nb：0.10mass％以上、0.30mass％未満、 Ｐ：0.06mass％未満、 Ｓ：0.01mass％未満および Ｎ：0.020 mass％未満 を含み、さらに Mo：0.01mass％以上、0.8 mass％未満 と Ｂ：0.0002mass％以上、0.005 mass％未満および Ca：0.001 mass％以上、0.03mass％未満 とを含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の成分組成
になり、全温度域でフェライト単相組織である耐熱性、
加工性およびマフラー耐食性に優れるエンジン排気部材
用フェライト系ステンレス鋼（第７発明）。

【００３６】 Ｃ：0.02mass％未満、 Si：0.4 mass％超え、1.0 mass％未満、 Mn：0.20mass％未満、 Cr：10mass％以上、 15mass％未満、 Ni：0.05mass％以上、1.0 mass％未満、 Ti：0.05mass％以上、0.30mass％未満、 Nb：0.10mass％以上、0.30mass％未満、 Ｐ：0.06mass％未満、 Ｓ：0.01mass％未満および Ｎ：0.020 mass％未満 を含み、さらに Ｖ：0.05mass％以上、1.0 mass％未満、 Cu：0.02mass％以上、1.0 mass％未満、 Zr：0.05mass％以上、0.5 mass％未満および Al：0.01mass％以上、0.5 mass％未満 のうちから選んだ１種または２種以上を含有し、かつ Mo：0.01mass％以上、0.8 mass％未満 と Ｂ：0.0002mass％以上、0.005 mass％未満および Ca：0.001 mass％以上、0.03mass％未満 とを含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の成分組成
になり、全温度域でフェライト単相組織である耐熱性、
加工性およびマフラー耐食性に優れるエンジン排気部材
用フェライト系ステンレス鋼（第８発明）。

【００３７】

【発明の実施の形態】まず、この発明を達成するに至っ
た実験・検討結果を以下に述べる。発明者らはNbが高価
な成分であることから、0.3 ％未満の少量のNb含有鋼を
ベースにし、高温強度および溶接部のマフラー耐食性の
向上について詳細に検討した。

【００３８】高温強度の向上に関しては、0.3 ％未満の
Nb含有鋼であっても、低Mn化し、さらに高Si化すること
により、従来鋼である0.42％Nb含有鋼レベルにまで向上
することを新規に知見した。この知見により安価な低Nb
鋼でも従来材と同等以上の高温強度を得ることが可能で
あることが明らかとなった。

【００３９】ついで、溶接部のマフラー耐食性に関し、
マフラー寿命を支配する因子について実車での調査結果
をもとに述べる。マフラーの耐久性で問題となるのは、
おもに溶接部の破断である。溶接部が母材部より耐食性
が劣るのは公知であり、さらに溶接部に応力が最も集中
することも明らかである。したがって、母材のみが優れ
た耐食性を示しても、最も腐食されやすい部分は溶接部
であり、かつ溶接部が最も大きな応力集中を受けるた
め、腐食ピット部分での大きな応力が破断を誘発する。
よって、溶接部の耐食性を向上させることがマフラーの
寿命を向上させることになる。

【００４０】このような実車での調査結果をもとに、溶
接部のマフラー耐食性の向上を詳細に検討した結果、下
記する極めて重要な知見を得た。

【００４１】（１）母材部は溶接部より耐食性が良好な
ことは明らかであるが、母材部の耐食性が良い材料は、
溶接部との耐食性の差が大きく、溶接部に腐食が集中
し、そのため溶接部の耐食性の向上が困難であることが
わかった。そして、図１に示すように、比較的に母材の
耐食性が劣る低Cr材 (10〜15％Cr) が溶接部のマフラー
耐食性の向上に有利であることが明らかとなった。

【００４２】（２）また、溶接部のマフラー耐食性の向
上には図２に示すように、低CrのTi-Nb の複合添加鋼に
おいてSi, Mnのバランスが重要であることがわかった。
すなわち、Si：0.4 ％超え、Mn：0.2 ％未満の成分系
で、溶接部のマフラー耐食性の向上が著しく、18Cr-0.2
Ti材に比し優れた耐食性が得られた。この理由の詳細は
不明であるが、Ti-Nb 複合添加鋼にて、低Mn化し、溶接
部のスケールが高Si化したSiにより強化された結果、溶
接部の耐食性が向上して母材部に近づいたため、腐食が
溶接部に集中しなかったためと推定される。

【００４３】一方、18Cr-0.2Ti材の場合は、母材部が著
しく耐食性に優れているため、腐食が溶接部に集中し、
結果として低Cr- 高Si材よりも溶接部のマフラー耐食性
が劣ったものと考えられる。

【００４４】前にも述べたように、マフラー腐食で問題
となるのは、母材部の腐食レベルではなく溶接部の腐食
レベルである。このように、いたずらに母材部の耐食性
の向上を指向しても、溶接部のマフラー耐食性は向上せ
ず、Ti-Nb 複合添加鋼にて、低Cr化、高Si化および低Mn
化が、溶接部のマフラー耐食性を向上できるとの知見を
得たことがこの発明の最大の特徴とするところである。

【００４５】（３）さらに、Ｖ，Cu, ZrまたはAlのうち
の１種以上を比較的少量含有させることにより、溶接部
のマフラー耐食性がより向上することがわかった。

【００４６】ここで、図１および図２はTiおよびNbの複
合添加を含む種々の成分組成に調整した鋼素材を、それ
ぞれ、熱間圧延−冷間圧延−880 ℃の温度での仕上げ焼
鈍の工程により板厚：２mmの冷延焼鈍板とし、その後、
これらの冷延焼鈍板にビードオン方式のTIG 溶接を施し
たのち 400℃・５時間加熱したそれぞれのサンプルにつ
いて、マフラーの腐食環境をシミュレートして腐食試験
を行った溶接部のマフラー耐食性の調査結果をもとにし
たものであり、図１はCr含有量と溶接部浸食深さとの関
係のグラフ、図２はSi含有量およびMn含有量と溶接部浸
食深さとの関係のグラフである。

【００４７】以上、この発明は上記新規知見により、優
れる耐熱性、加工性および溶接部のマフラー耐食性を有
するエンジン排気部材用フェライト系ステンレス鋼を開
発するに至ったものである。

【００４８】つぎに、この発明の成分組成の限定理由に
ついて述べる。 Ｃ：0.02％未満 Ｃは、靱性および加工性を劣化させる成分であり、含有
量が0.02％以上になると靱性および加工性の劣化が顕著
となるため、その含有量は0.02％未満に限定する。ま
た、靱性および加工性の観点からはその含有量は低けれ
ば低いほどよく、望ましくは0.01％以下がよい。

【００４９】Si：0.4 ％超え 1.0％未満 Siは、この発明にとって重要な成分の一つである。耐熱
性の向上に有効なほか、前掲図２に示したように、含有
量が 0.4％を超えると溶接部のマフラー耐食性は著しく
向上し、その耐食性は従来鋼 (18Cr-0.2Ti) レベル以上
に達する。これは溶接部に生成するスケールが 0.4％超
えのSiと 0.2％未満の低Mn化によって強固なものとな
り、良好な溶接部のマフラー耐食性を示すものと考えら
れる。含有量が 0.4％以下のSiレベルでは、Mn含有量を
0.2％未満にしてもSiの絶対量が不足し、強固なSi被膜
(スケール) が生成しない。一方、1.0 ％以上含有させ
ても、溶接部のマフラー耐食性の向上効果は飽和し、い
たずらに加工性を劣化させるだけである。したがって、
その含有量は 0.4％超え、1.0 ％未満とするが、好まし
くは 0.6％以上、1.0 ％未満、さらに好ましくは 0.8％
以上、 0.95 ％以下である。

【００５０】Mn：0.20％未満 Mnは、その含有量がこの発明にとって重要な成分の一つ
であり、前掲図２に示したように、含有量を0.20％未満
にすることによって、溶接部のマフラー耐食性は著しく
向上し、その耐食性は従来鋼 (18Cr-0.2Ti) 以上に達す
る。これは溶接部に生成するスケールが、0.4 ％を超え
るSiと0.20％未満の低Mn化によって強固な物になるため
と考えられる。しかし、含有量が0.20％以上では、たと
えSiを0.4 ％を超えて含有させてもMnの絶対量が過剰と
なり、強固なSi被膜が生成しない。したがって、その含
有量は0.20％未満とするが、低い程好ましく、望ましく
は0.15％未満がよい。

【００５１】Cr：10〜15％未満 Crは、ステンレス鋼の基本特性である耐食性を向上させ
る成分であるが、前掲図１に示したように、溶接部のマ
フラー耐食性には多すぎると有害となり、かつコスト高
にもなるため、含有量を15％未満に制限する。一方、含
有量が10％未満では溶接部のマフラー耐食性が著しく劣
化する。したがって、その含有量は10％以上、15％未満
とするが、溶接部のマフラー耐食性の観点からは、10％
以上、12％以下とすることが好ましい。

【００５２】Ni：0.05〜1.0 ％未満 Niは、溶接部のマフラー耐食性を向上させる効果があ
り、その効果の発現のためには0.05％以上含有させる。
一方、１％以上含有させると、フェライト組織を不安定
にし、また耐食性に対する効果も飽和する。したがっ
て、その含有量は0.05％以上、1.0 ％未満とするが、好
ましくは0.1 ％以上、0.8 ％以下、より好ましくは0.5
％以上、0.8 ％以下である。

【００５３】Ti：0.05〜0.30％未満 Tiは、含有量が0.05％以上を、Nb(0.1〜0.3 ％未満) と
複合添加することによって、著しく溶接部のマフラー耐
食性を向上させる。この理由は明確ではないが、溶接時
に発生するスケールの組成をNbと複合添加したときの微
量Tiが変化させているのではないかと考えられる。しか
しながら、0.30％以上含有させると溶接部のマフラー耐
食性は劣化する。この理由としては、TiはNbやAlなどよ
りＮと結合しやすく、過剰なTiは溶接時に大気からＮや
さらにはＣを吸収し、溶接部のマフラー耐食性を低下さ
せるのではないかと考えられる。したがって、その含有
量は0.05％以上、0.30％未満とする。

【００５４】Nb：0.10〜0.30％未満 Nbは、上記したようにTiとの複合添加で溶接部の耐食性
を向上させるとともに、高温強度を高める効果を有する
成分であるが、この発明 (高Si−低Mn鋼) では、0.10％
以上含有させることでその効果が現れる。しかしなが
ら、0.30％以上含有させることはコスト高となる。した
がって、その含有量は0.10％以上、0.30％未満とする
が、好ましくは0.20％以上、0.30％未満である。

【００５５】Ｐ：0.06％未満 Ｐは、不可避的不純物として鋼中に含有される成分であ
り、少なければ少ないほど好ましいが、脱りん処理する
とその分コスト高となる。このコスト面からは脱りんし
ない方が有利であるが、この発明の場合含有量が0.06％
未満であれば許容できる。したがって、その含有量は0.
06％未満とする。

【００５６】Ｓ：0.01％未満 Ｓは、Ｐと同様に不可避的不純物として鋼中に含有され
る成分であり、脱硫処理するとその分コスト高となる。
このコスト面からは脱硫しない方が有利であるが、この
発明の場合含有量が0.01％未満まで許容できる。したが
って、その含有量は0.01％未満とする。

【００５７】Ｎ：0.020 ％未満 Ｎは、鋼の靱性および加工性を劣化させる成分であり、
その含有量は少なければ少ないほどよい。この発明では
Tiを 0.1％以上含有させた場合、Ｎが 0.020％以上含有
されるとTiN による表面性状の劣化が顕著になる。した
がって、その含有量は 0.020％未満とするが、好ましく
は0.015 ％以下が望ましい。

【００５８】Ｖ：0.05〜1.0 ％未満 Ｖは、任意添加成分であり、0.05％以上含有させた場
合、溶接部のマフラー耐食性が向上する。しかし１％以
上なると、加工性が劣化する。したがって、その含有量
は0.05％以上１％未満がよく、望ましくは0.05％以上
0.2％未満がよい。

【００５９】Cu：0.02〜1.0 ％未満 Cuは、Ｖと同効の任意添加成分であり、0.02％以上含有
させた場合溶接部のマフラー耐食性が向上する。しか
し、含有量が 1.0％以上になると加工性が劣化する。し
たがって、その含有量は0.02％以上、 1.0％未満がよ
く、望ましくは0.15％超え、1.0 ％未満がよい。さらに
望ましくは 0.3％を超え、1.0 ％未満がよい。

【００６０】Zr：0.05〜0.5 ％未満 Zrは、Ｖ，Cuと同効の任意添加成分であり、0.05％以上
含有させると、溶接部のマフラー耐食性が向上するが、
含有量が 0.5％以上になると加工性が劣化する。したが
って、その含有量は0.05％以上、0.5 ％未満がよい。

【００６１】Al：0.01〜0.5 ％未満 Alは、Ｖ，Cu, Zrと同効の任意添加成分であり、0.01％
以上含有させた場合、溶接部のマフラー耐食性はさらに
向上する。この理由は明確ではないが、Alは酸化されや
すい成分であるため、十分にAlを含有させることは、溶
接時のアルミナ被膜が大気中からのＮ，Ｃの吸収を防止
する効果を有するためと考えられる。しかし、0.5 ％以
上含有させると加工性の劣化が著しくなる。したがっ
て、その含有量は0.01％以上、0.5 ％未満がよく、好ま
しくは 0.05 ％超え、0.2 ％未満である。

【００６２】なお、Alは、一般に鋼の脱酸剤として用い
られ、不可避的に含有されてしまう場合があるが、この
場合特に悪影響はなく、上記したように適量含有させる
ことにより溶接部のマフラー耐食性を向上できる。ま
た、この発明では、脱酸剤としてSiを添加しているので
Al脱酸は任意である。

【００６３】Mo：0.01〜0.8 ％未満 Moは、固溶強化成分で、高温強度の向上に有効であり、
特に高温強度を高めたい場合に添加するとよい。その効
果は含有量が0.01％以上で発現するが、0.8 ％以上と過
剰に含有させることはMoが高価な成分であるのでコスト
高を招く。したがって、その含有量は0.01％以上、0.8
％未満がよい。

【００６４】Ｂ：0.0002〜0.005 ％未満 Ｂは、加工性の向上に有効であり、特に高度な加工性が
要求される場合添加するとよい。その効果は含有量が0.
0002％以上であらわれるが、0.005 ％以上になると多量
のBNの生成により逆に靱性が劣化する。したがって、そ
の含有量は0.0002％以上、0.005 ％未満がよい。

【００６５】Ca：0.001 〜0.03％未満 Caは、スラブ鋳造時において、Ti系介在物によるノズル
詰まりを抑制する効果を有する成分で、その効果は含有
量として 0.001％以上から現れるので0.001 ％以上含有
させることは一向に差支えない。しかしながら、0.03％
以上含有させてもその効果が飽和するばかりでなく、Ca
を含む介在物が孔食の起点となり耐食性を劣化させるの
で、その含有量の上限は0.03％未満がよい。

【００６６】さらに、上記の成分組成に調整されたこの
発明の対象とする鋼は、全温度域での金属組織がフェラ
イト単相組織であることが肝要である。フェライト系ス
テンレス鋼において、低Crの成分系では高温域でオース
テナイト相が出現する場合がある。このような成分系で
は溶接熱影響部にマルテンサイト相が生成することがあ
り、この溶接熱影響部にフェライト・マルテンサイトの
２相組織が生じた場合、この２相組織はマフラー腐食さ
れやすいことから、溶接部のマフラー耐食性が劣化する
ことになる。したがって、２相組織の出現による耐食性
の劣化を防止するため、全温度域での金属組織をフェラ
イト単相組織とするものである。

【００６７】

【実施例】表１および２に示す種々の成分組成になる鋼
を溶製したのちスラブとなし、1250℃の温度に加熱後、
熱間圧延によりそれぞれ板厚：５mmの熱延板とした。そ
の後これらの熱延板に酸洗−冷間圧延−880 ℃の温度で
の仕上げ焼鈍−酸洗を順次施し、それぞれ板厚：２mmの
冷延焼鈍板とした。

【００６８】

【表１】

【００６９】

【表２】

【００７０】かくして得られた各冷延焼鈍板について、
以下に示す方法により高温強度、室温での加工性および
溶接部のマフラー耐食性をそれぞれ評価した。

【００７１】・高温強度 板状（板厚：２mm）試験片を用いて、0.3 ％／分の歪み
速度で引張り、900 ℃の温度での 0.2％耐力を測定し
た。なお、下記する表３には、 12 MPa以上をＡ 10 MPa以上, 12 MPa未満をＢ 10 MPa未満をＣ として示した。

【００７２】・室温での加工性 加工性の指標としてYSを選択し、圧延方向に対して０
°，45°および90°方向のJIS 13号Ｂ形状の引張試験片
（板厚：２mm）でそれぞれ YS₀, YS₄₅およびYS₉₀を測定
し YS ＝（ YS₀＋２YS₄₅＋YS₉₀）／４ の式によりYSを算出した。なお、下記する表３には、 320 MPa 以下をＡ 320 MPa 超え、350 MPa 以下をＢ 350 MPa 超えをＣ として示した。

【００７３】・溶接部のマフラー耐食性 溶接は、板厚（板厚：２mm）にビードオン方式で下記条
件のTIG 溶接を行った。 溶接速度：600 mm/min 溶接電流：200 Ａ 雰囲気 ：溶接面にArを流量；15 l/minで吹き付け この溶接後は、大気中で 400℃の温度で５時間加熱し
た。このようにして得られた50mm×100mm の各溶接サン
プルを図３の腐食試験方法を示す説明図のように、ビー
カー内に吊り下げて腐食溶液に浸漬−蒸発を繰り返す繰
り返し蒸発試験を行い、これらの腐食試験片について、
それぞれ浸食深さを測定し、浸食深さの深い５点の平均
値で耐食性を評価した。

【００７４】なお、腐食溶液の液組成は、マフラー腐食
環境をシミュレートするため、Cl^- ：250, NO₂ ^- ：100,
NO₃ ^- ：20, CO₃ ^2- ：2000, SO₃ ^2- ：1250, SO₄ ^2- ：12
50, CH₃COO ^-：400, HCHO ：250 および HCOO ^- ：100
(単位はppm)とし、PH：5.8 とした。

【００７５】かくして得られた評価結果を表３にまとめ
て示す。

【表３】

【００７６】表３から明らかなように、比較例の鋼記号
Ａは、Siが少なすぎて高温強度が従来例の鋼記号Ｇ（SU
S 430 J1L)より劣り、溶接部のマフラー耐食性も従来例
の鋼記号Ｅ（SUH 409L) 並に悪く、鋼記号Ｂは、Siおよ
びMnが多すぎるため加工性および溶接部のマフラー耐食
性が、鋼記号Ｃは、Ti単独添加のため高温強度および溶
接部のマフラー耐食性が、鋼記号Ｄは、Mnが多すぎるた
め加工性および溶接部のマフラー耐食性がそれぞれ劣っ
ている。

【００７７】また、従来例の鋼記号ＥのSUH 409 L は、
高温強度および溶接部のマフラー耐食性のいずれもが劣
り、鋼記号Ｆの18Cr-0.2Tiは、高温強度、加工性および
溶接部のマフラー耐食性のいずれもが劣り、鋼記号Ｇの
SUS 430 J1L は、加工性および溶接部のマフラー耐食性
のいずれも劣る評価になっている。

【００７８】これらに対し、この発明に適合する鋼記号
１〜18の各適合例は、いずれも、高温強度は従来例のSU
S 430 J1L 以上の値を示し、かつ溶接部のマフラー耐食
性も従来例の18Cr-0.2Ti以上の優れた特性を示し、さら
に加工性も従来例以上の特性を示している。

【００７９】以上のように、この発明の適合例は、自動
車排気系のうちの従来の高温用部材（SUS 430 J1L)並以
上の耐熱性と、従来の低温用部材(18Cr-0.2Ti)以上の溶
接部のマフラー耐食性とを有し、さらに上記両者（従来
材）以上の加工性を兼ね備えており、加えてこれら従来
材に比し低Cr化、低Nb化されているので安価であること
が明白である。

【００８０】

【発明の効果】この発明は、エンジン排気部材用とし
て、高温側にも低温側にも適用できる低Cr化および低Nb
化したTi-Nb の複合添加のフェライト系ステンレス鋼で
あって、この発明によれば、従来材以上の耐熱性、加工
性および溶接部のマフラー耐食性に優れる鋼材を安価に
提供することが可能となり、特に、高温強度や酸化性、
加工性および特殊な腐食環境での耐食性が要求される自
動車エンジン排気系のエキゾーストマニホールド、フロ
ントパイプ、コンバーターの外筒、センターパイプおよ
びマフラー等のいずれの部材にも有利に適用でき、従来
材以上の優れる特性を発揮できる。

【００８１】また、火力発電システムの排気経路部材も
自動車エンジン排気部材と同様な特性が要求されるの
で、この用途にも極めて有利に適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】Cr含有量と溶接部浸食深さとの関係のグラフで
ある。

【図２】Si含有量およびMn含有量と溶接部浸食深さとの
関係のグラフである。

【図３】腐食試験方法を示す説明図である。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｃ：0.02mass％未満、 Si：0.4 mass％超え、1.0 mass％未満、 Mn：0.20mass％未満、 Cr：10mass％以上、 15mass％未満、 Ni：0.05mass％以上、1.0 mass％未満、 Ti：0.05mass％以上、0.30mass％未満、 Nb：0.10mass％以上、0.30mass％未満、 Ｐ：0.06mass％未満、 Ｓ：0.01mass％未満および Ｎ：0.020 mass％未満 を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の成分組成に
   なり、全温度域でフェライト単相組織である耐熱性、加
   工性およびマフラー耐食性に優れるエンジン排気部材用
   フェライト系ステンレス鋼。
2. 【請求項２】Ｃ：0.02mass％未満、 Si：0.4 mass％超え、1.0 mass％未満、 Mn：0.20mass％未満、 Cr：10mass％以上、 15mass％未満、 Ni：0.05mass％以上、1.0 mass％未満、 Ti：0.05mass％以上、0.30mass％未満、 Nb：0.10mass％以上、0.30mass％未満、 Ｐ：0.06mass％未満、 Ｓ：0.01mass％未満および Ｎ：0.020 mass％未満 を含み、さらに Ｖ：0.05mass％以上、1.0 mass％未満、 Cu：0.02mass％以上、1.0 mass％未満、 Zr：0.05mass％以上、0.5 mass％未満および Al：0.01mass％以上、0.5 mass％未満 のうちから選んだ１種または２種以上を含有し、残部は
   Feおよび不可避的不純物の成分組成になり、全温度域で
   フェライト単相組織である耐熱性、加工性およびマフラ
   ー耐食性に優れるエンジン排気部材用フェライト系ステ
   ンレス鋼。
3. 【請求項３】Ｃ：0.02mass％未満、 Si：0.4 mass％超え、1.0 mass％未満、 Mn：0.20mass％未満、 Cr：10mass％以上、 15mass％未満、 Ni：0.05mass％以上、1.0 mass％未満、 Ti：0.05mass％以上、0.30mass％未満、 Nb：0.10mass％以上、0.30mass％未満、 Ｐ：0.06mass％未満、 Ｓ：0.01mass％未満および Ｎ：0.020 mass％未満 を含み、さらに Mo：0.01mass％以上、0.8 mass％未満 を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の成分組成に
   なり、全温度域でフェライト単相組織である耐熱性、加
   工性およびマフラー耐食性に優れるエンジン排気部材用
   フェライト系ステンレス鋼。
4. 【請求項４】Ｃ：0.02mass％未満、 Si：0.4 mass％超え、1.0 mass％未満、 Mn：0.20mass％未満、 Cr：10mass％以上、 15mass％未満、 Ni：0.05mass％以上、1.0 mass％未満、 Ti：0.05mass％以上、0.30mass％未満、 Nb：0.10mass％以上、0.30mass％未満、 Ｐ：0.06mass％未満、 Ｓ：0.01mass％未満および Ｎ：0.020 mass％未満 を含み、さらに Ｖ：0.05mass％以上、1.0 mass％未満、 Cu：0.02mass％以上、1.0 mass％未満、 Zr：0.05mass％以上、0.5 mass％未満および Al：0.01mass％以上、0.5 mass％未満 のうちから選んだ１種または２種以上と Mo：0.01mass％以上、0.8 mass％未満 とを含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の成分組成
   になり、全温度域でフェライト単相組織である耐熱性、
   加工性およびマフラー耐食性に優れるエンジン排気部材
   用フェライト系ステンレス鋼。
5. 【請求項５】Ｃ：0.02mass％未満、 Si：0.4 mass％超え、1.0 mass％未満、 Mn：0.20mass％未満、 Cr：10mass％以上、 15mass％未満、 Ni：0.05mass％以上、1.0 mass％未満、 Ti：0.05mass％以上、0.30mass％未満、 Nb：0.10mass％以上、0.30mass％未満、 Ｐ：0.06mass％未満、 Ｓ：0.01mass％未満および Ｎ：0.020 mass％未満 を含み、さらに Ｂ：0.0002mass％以上、0.005 mass％未満および Ca：0.001 mass％以上、0.03mass％未満 を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の成分組成に
   なり、全温度域でフェライト単相組織である耐熱性、加
   工性およびマフラー耐食性に優れるエンジン排気部材用
   フェライト系ステンレス鋼。
6. 【請求項６】Ｃ：0.02mass％未満、 Si：0.4 mass％超え、1.0 mass％未満、 Mn：0.20mass％未満、 Cr：10mass％以上、 15mass％未満、 Ni：0.05mass％以上、1.0 mass％未満、 Ti：0.05mass％以上、0.30mass％未満、 Nb：0.10mass％以上、0.30mass％未満、 Ｐ：0.06mass％未満、 Ｓ：0.01mass％未満および Ｎ：0.020 mass％未満 を含み、さらに Ｖ：0.05mass％以上、1.0 mass％未満、 Cu：0.02mass％以上、1.0 mass％未満、 Zr：0.05mass％以上、0.5 mass％未満および Al：0.01mass％以上、0.5 mass％未満 のうちから選んだ１種または２種以上と Ｂ：0.0002mass％以上、0.005 mass％未満および Ca：0.001 mass％以上、0.03mass％未満 とを含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の成分組成
   になり、全温度域でフェライト単相組織である耐熱性、
   加工性およびマフラー耐食性に優れるエンジン排気部材
   用フェライト系ステンレス鋼。
7. 【請求項７】Ｃ：0.02mass％未満、 Si：0.4 mass％超え、1.0 mass％未満、 Mn：0.20mass％未満、 Cr：10mass％以上、 15mass％未満、 Ni：0.05mass％以上、1.0 mass％未満、 Ti：0.05mass％以上、0.30mass％未満、 Nb：0.10mass％以上、0.30mass％未満、 Ｐ：0.06mass％未満、 Ｓ：0.01mass％未満および Ｎ：0.020 mass％未満 を含み、さらに、 Mo：0.01mass％以上、0.8 mass％未満 と Ｂ：0.0002mass％以上、0.005 mass％未満および Ca：0.001 mass％以上、0.03mass％未満 とを含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の成分組成
   になり、全温度域でフェライト単相組織である耐熱性、
   加工性およびマフラー耐食性に優れるエンジン排気部材
   用フェライト系ステンレス鋼。
8. 【請求項８】Ｃ：0.02mass％未満、 Si：0.4 mass％超え、1.0 mass％未満、 Mn：0.20mass％未満、 Cr：10mass％以上、 15mass％未満、 Ni：0.05mass％以上、1.0 mass％未満、 Ti：0.05mass％以上、0.30mass％未満、 Nb：0.10mass％以上、0.30mass％未満、 Ｐ：0.06mass％未満、 Ｓ：0.01mass％未満および Ｎ：0.020 mass％未満 を含み、さらに Ｖ：0.05mass％以上、1.0 mass％未満、 Cu：0.02mass％以上、1.0 mass％未満、 Zr：0.05mass％以上、0.5 mass％未満および Al：0.01mass％以上、0.5 mass％未満 のうちから選んだ１種または２種以上を含有し、かつ Mo：0.01mass％以上、0.8 mass％未満 と Ｂ：0.0002mass％以上、0.005 mass％未満および Ca：0.001 mass％以上、0.03mass％未満 とを含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の成分組成
   になり、全温度域でフェライト単相組織である耐熱性、
   加工性およびマフラー耐食性に優れるエンジン排気部材
   用フェライト系ステンレス鋼。