JPWO2018043310A1 - フェライト系ステンレス鋼 - Google Patents

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Abstract

優れたろう付け性を有すると共に、排熱回収器またはＥＧＲクーラーに使用される環境において、優れた耐凝縮水腐食性を有するフェライト系ステンレス鋼を提供すること。質量％で、Ｃ：０．０２５％以下、Ｓｉ：０．４０〜２．０％、Ｍｎ：０．０５〜１．５％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：１６．０〜３０．０％、Ｍｏ：０．６０〜３．０％、Ｎｉ：０．１０〜２．５％、Ｎｂ：０．２０〜０．８０％、Ａｌ：０．００１〜０．１５％、Ｎ：０．０２５％以下を含有し、かつ、以下の式（１）および式（２）を満たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有するようにする。Ｃ＋Ｎ≦０．０３０％ ・・・（１）２Ｓｉ＋Ｎｉ≧１．０％ ・・・（２）（式（１）、式（２）中のＣ、Ｎ、Ｓｉ、Ｎｉは、各元素の含有量（質量％）を示す。）

Description

本発明は、自動車の排気ガス凝縮水環境で使用されるフェライト系ステンレス鋼に関する。より具体的には、本発明は、例えば、排熱回収器やＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）クーラーなどの排気ガス再循環装置に用いるフェライト系ステンレス鋼に関する。
近年、自動車分野における排気ガス環境規制の強化が進められると共に、さらなる燃費向上が要求されている。このため、排熱回収器やＥＧＲクーラーといった熱交換器の自動車への適用が増大しつつある。
排熱回収器は、排気ガスの熱を回収して再利用する装置であり、ハイブリッド車を中心に搭載されている。排熱回収器を用いたシステムでは、熱交換器を通じて排気ガスの熱をエンジン冷却水に伝えることで、エンジン暖気の促進をして燃費および暖房性能を向上させている。
また、ＥＧＲクーラーは、排気ガスを再循環させる装置である。ＥＧＲクーラーを用いたシステムでは、排気側の高温の排気ガスを熱交換器によって冷却し、冷却された排気ガスを再度吸気させることでエンジンの燃焼温度を低下させ、ＮＯｘの生成を抑制する。
このような排熱回収器やＥＧＲクーラーの熱交換部は、凝縮水が生成し、厳しい腐食環境にさらされる。熱交換部では、ステンレス鋼を介して排気ガスと冷却水が接しており、腐食により穴あきが発生すると冷却水の漏れにつながるため、高い耐凝縮水腐食性が求められる。
特許文献１には、精製が不十分でＳ濃度の高い燃料が用いられる場合のＥＧＲクーラーおよび排熱回収装置用オーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。しかし、オーステナイト系ステンレス鋼は、Ｎｉを多量に含むために高コストになることや、エキゾーストマニホールド周囲部品のように、高温で激しい振動で拘束力をうける使用環境での疲労特性、高温での熱疲労特性が低いという点に問題があった。
そこで、排熱回収器やＥＧＲクーラーの熱交換部にオーステナイト系ステンレス鋼以外の鋼を用いることが検討されている。
例えば、特許文献２には、フェライト系ステンレス鋼を素材として構成された自動車排熱回収装置が開示されている。ここでは、１８ｍａｓｓ％以上のＣｒにＭｏを添加することで、排気ガスの凝縮−蒸発環境における耐孔食性および耐隙間腐食性を確保している。
また、上記のＥＧＲクーラーの熱交換部等の接合には、ろう付け接合が適用されており、これらの部材には、耐凝縮水腐食性を向上させることのみならず、優れたろう付け性も求められている。
この点、例えば、特許文献３には、ＥＧＲクーラーフェライト系ステンレス鋼が開示されている。ここでは、Ｃｒ＋２．３Ｃｕ≧１８を満足するようにＣｒにＣｕを添加することで優れたろう付け性と排気ガス凝縮水に対する耐食性とを確保している。
特許文献４には、ろう付け後の排気ガス凝縮水に対する耐食性を備えた排熱回収器用フェライト系ステンレス鋼が開示されている。ここでは、ろう付け後の耐食性の観点から、ろう付け熱処理後に形成される皮膜中のカチオン分率を規定していることを特徴としている。
特開２０１３−１９９６６１号公報 特開２００９−２２８０３６号公報 特開２０１０−１２１２０８号公報 特開２０１２−２１４８８０号公報
しかし、特許文献２〜４のようなステンレス鋼では、凝縮水の生成と蒸発、加熱が繰り返される実際の環境を模擬した試験を行った際に、耐凝縮水腐食性が不十分である場合がある。このように、従来技術では、十分なろう付け性を確保しつつ所望の耐凝縮水腐食性を得ているとはまだ言えなかった。
そこで、本発明は、優れたろう付け性を有すると共に、排熱回収器またはＥＧＲクーラーに使用される環境において、優れた耐凝縮水腐食性を有するフェライト系ステンレス鋼を提供することを目的とする。
なお、ここで、優れたろう付け性とは、重ねた２枚の鋼板の片側の端面にろう材ＢＮｉ−５（Ｎｉ−１９Ｃｒ−１０Ｓｉ）を１．２ｇ塗布し、1０−２Ｐａの真空雰囲気、１１７０℃×６００ｓの加熱条件でろう付け処理を行った後、ろう材の浸透が２枚の板の重なり長さの５０％以上であることを指す。
また、優れた耐凝縮水腐食性とは、ｐＨ８．０の２００ｐｐｍＣｌ−＋６００ｐｐｍＳＯ４ ２−溶液への試験片の全浸漬、８０℃の保持、２４時間の浸漬−蒸発試験、２５０℃の炉内での２４時間の加熱保持の全てを４サイクル行った後（以下、凝縮水腐食試験とも記す）、最大腐食深さが１００μｍ未満であることを指す。
本発明者らは、前述した凝縮水腐食試験を行い、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃ、Ｎに加えてＳｉを適量含有させることで、優れた耐凝縮水腐食性が得られることを見出した。さらに、Ａｌ含有量を調整することで、ろう付け性も確保できることを知見した。
上記課題を解決することを目的とした本発明の要旨は、以下のとおりである。
［１］質量％で、
Ｃ：０．０２５％以下、
Ｓｉ：０．４０〜２．０％、
Ｍｎ：０．０５〜１．５％、
Ｐ：０．０５％以下、
Ｓ：０．０１％以下、
Ｃｒ：１６．０〜３０．０％、
Ｍｏ：０．６０〜３．０％、
Ｎｉ：０．１０〜２．５％、
Ｎｂ：０．２０〜０．８０％、
Ａｌ：０．００１〜０．１５％、
Ｎ：０．０２５％以下を含有し、
かつ、以下の式（１）および式（２）を満たし、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とするフェライト系ステンレス鋼。
Ｃ＋Ｎ≦０．０３０％ ・・・（１）
２Ｓｉ＋Ｎｉ≧１．０％ ・・・（２）
（式（１）、式（２）中のＣ、Ｎ、Ｓｉ、Ｎｉは、各元素の含有量（質量％）を示す。）
［２］さらに質量％で、
Ｃｕ：０．０１〜１．０％、
Ｗ：０．０１〜１．０％、
Ｃｏ：０．０１〜１．０％
のうちから選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする前記［１］に記載のフェライト系ステンレス鋼。
［３］さらに質量％で、
Ｔｉ：０．０１〜０．１０％、
Ｖ：０．０１〜０．５０％、
Ｚｒ：０．０１〜０．３０％、
Ｂ：０．０００３〜０．００５％、
Ｃａ：０．０００３〜０．００３％、
Ｍｇ：０．０００３〜０．００３％
ＲＥＭ：０．００１〜０．１０％
のうちから選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする前記［１］または［２］に記載のフェライト系ステンレス鋼。
［４］自動車の排熱回収器用または排気ガス再循環装置用であることを特徴とする前記［１］〜［３］の何れかに記載のフェライト系ステンレス鋼。
本発明によれば、優れたろう付け性を有すると共に、排熱回収器またはＥＧＲクーラー等の凝縮水腐食環境にさらされる自動車部品に使用される場合において、優れた耐凝縮水腐食性を有するフェライト系ステンレス鋼を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。
排熱回収器やＥＧＲクーラーの熱交換部の排気ガス側は、従来のマフラーと同様に、排気ガスの凝縮および蒸発が繰り返される環境にある。生成した凝縮水は排気ガスにより加熱され、水分が蒸発するとともにイオン種の濃化とｐＨの低下が起こり、ステンレス鋼の腐食を促進する。近年では、燃料の多様化に伴い排気ガスも多様化しており、耐食性に大きな影響を及ぼす塩化物イオン、硫酸イオンが増加したり、ｐＨが中性から弱酸性に変化したりするなど、腐食環境は過酷なものが想定されている。
こうした背景を鑑み、本発明者らは、排気ガス凝縮水環境におけるステンレス鋼の耐凝縮水腐食性向上について、鋭意検討した。
その結果、優れた耐凝縮水腐食性を有するステンレス鋼を得るには、所定範囲の含有量に調整したＣｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃ、Ｎに加えて適量のＳｉを含有させることが有効であることがわかった。
凝縮水腐食の腐食形態は孔食である。本発明では、孔食の発生を抑制すること、孔食の成長速度を低減すること、および孔食の成長を停止させることで耐凝縮水腐食性を向上させた。１つ目の孔食の発生の抑制については、ＣｒとＭｏの含有に加え、さらに、適量のＳｉを含有させることで抑制効果を大幅に強化している。２つ目の孔食の成長速度の低減は、適量のＮｉ含有で行っている。さらに、３つ目の孔食の成長の停止については、ＣｒとＭｏの含有に加え、さらに、適量のＳｉとＮｉを含有させることでより効果的に成長を停止させている。
さらに、Ａｌ含有量を調整することで、ろう付け性が確保できることを知見した。
以上の各過程への元素の異なる寄与により、ろう付け性を確保しつつ、耐凝縮水腐食性が飛躍的に向上することを見出し、本発明に至った。
このような知見に基づく本発明のフェライト系ステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０．０２５％以下、Ｓｉ：０．４０〜２．０％、Ｍｎ：０．０５〜１．５％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：１６．０〜３０．０％、Ｍｏ：０．６０〜３．０％、Ｎｉ：０．１０〜２．５％、Ｎｂ：０．２０〜０．８０％、Ａｌ：０．００１〜０．１５％、Ｎ：０．０２５％以下を含有し、かつ、以下の式（１）および式（２）を満たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とし、優れたろう付け性を有すると共に、排熱回収器またはＥＧＲクーラー等の凝縮水腐食環境にさらされる自動車部品に使用される場合において、優れた耐凝縮水腐食性を有する。
Ｃ＋Ｎ≦０．０３０％ ・・・（１）
２Ｓｉ＋Ｎｉ≧１．０％ ・・・（２）
（式（１）、式（２）中のＣ、Ｎ、Ｓｉ、Ｎｉは、各元素の含有量（質量％）を示す。）
以下では、まず、本発明のフェライト系ステンレス鋼の成分組成について説明する。なお、各元素の含有量を示す％は、特に記載しない限り質量％とする。
Ｃ：０．０２５％以下
Ｃは、鋼に不可避的に含まれる元素である。Ｃ含有量が多いと強度が向上し、少なくなると加工性が向上する。強度を向上させるためには０．００１％以上Ｃを含有することが好ましい。一方、Ｃ含有量が０．０２５％を超えると加工性の低下が顕著となるうえ、Ｃｒ炭化物が析出して局所的なＣｒ欠乏による耐凝縮水腐食性の低下を起しやすくなる。よって、Ｃ含有量は０．０２５％以下とする。Ｃ含有量は、好ましくは０．０２０％以下であり、より好ましくは０．０１５％以下であり、さらに好ましくは０．０１０％以下である。また、Ｃ含有量は、より好ましくは０．００３％以上であり、さらに好ましくは０．００４％以上である。
Ｓｉ：０．４０〜２．０％
Ｓｉは、本発明において耐凝縮水腐食性向上のために重要な元素である。その効果は、０．４０％以上Ｓｉを含有することで得られる。より優れた耐凝縮水腐食性を必要とする場合は０．６０％超えのＳｉの含有が望ましい。ただし、Ｓｉを２．０％超えで含有すると加工性を低下させる。よって、Ｓｉ含有量は０．４０〜２．０％とする。Ｓｉ含有量は、好ましくは０．６０％超であり、より好ましくは０．８０％以上であり、さらに好ましくは１．００％以上である。また、Ｓｉ含有量は、好ましくは１．８０％以下であり、より好ましくは１．６０％以下であり、さらに好ましくは１．４０％以下である。
Ｍｎ：０．０５〜１．５％
Ｍｎは、脱酸作用があり、その効果は０．０５％以上のＭｎの含有で得られる。しかし、Ｍｎの１．５％超えの含有は、固溶強化により加工性を損なわせる。また、Ｍｎの１．５％超えの含有は、腐食の起点となるＭｎＳの析出を促進して、耐凝縮水腐食性を低下させる。よって、Ｍｎ含有量は０．０５〜１．５％の範囲とする。Ｍｎ含有量は、好ましくは０．１０％以上である。また、Ｍｎ含有量は、好ましくは０．５０％以下であり、より好ましくは０．３０％以下である。
Ｐ：０．０５％以下
Ｐは、鋼に不可避的に含まれる元素であり、０．０５％超えのＰの含有は溶接性を低下させ、粒界腐食を生じさせ易くする。そのため、Ｐ含有量は０．０５％以下に限定する。好ましくは、Ｐ含有量は０．０４％以下である。さらに好ましくは、Ｐ含有量は０．０３％以下である。
Ｓ：０．０１％以下
Ｓは、鋼に不可避的に含まれる元素であり、０．０１％超のＳの含有は、ＭｎＳの析出を促進し、耐凝縮水腐食性を低下させる。よって、Ｓ含有量は０．０１％以下とする。好ましくは、Ｓ含有量は０．００８％以下である。より好ましくは、Ｓ含有量は０．００５％以下である。
Ｃｒ：１６．０〜３０．０％
Ｃｒは、耐凝縮水腐食性を確保するために重要な元素である。Ｃｒ含有量が１６．０％未満では、耐凝縮水腐食性を十分に得られない。一方で、Ｃｒを３０．０％超えで含有すると、加工性、製造性が低下する。よって、Ｃｒ含有量は１６．０〜３０．０％の範囲とする。Ｃｒ含有量は、好ましくは１８．０％以上であり、より好ましくは１９．０％以上であり、さらに好ましくは２０．５％以上である。また、Ｃｒ含有量は、好ましくは２４．０％以下であり、より好ましくは２３．０％以下であり、さらに好ましくは２２．０％以下である。
Ｍｏ：０．６０〜３．０％
Ｍｏは、ステンレス鋼の不動態皮膜を安定化させて、耐凝縮水腐食性を向上させる効果を有する。排熱回収器やＥＧＲクーラーでは、凝縮水による内面腐食や融雪剤などによる外面腐食を防止する効果がある。さらに、熱疲労特性の向上効果があり、エキゾーストマニホールド直下に取り付けられるＥＧＲクーラーに使用する場合には、特に好適な元素である。これらの効果は、０．６０％以上のＭｏの含有で得られる。しかし、Ｍｏは高価な元素であるためコストの増大を招く。さらに、Ｍｏ含有量が３．０％を超えると、加工性が低下する。よって、Ｍｏ含有量は０．６０〜３．０％の範囲とする。Ｍｏ含有量は、好ましくは０．８０％以上であり、より好ましくは１．００％以上であり、さらに好ましくは１．２０％以上であり、さらにより好ましくは１．５０％以上である。また、Ｍｏ含有量は、好ましくは２．５０％以下であり、より好ましくは２．００％以下である。
Ｎｉ：０．１０〜２．５％
Ｎｉは、０．１０％以上の含有で、耐凝縮水腐食性および靭性の向上に有効に寄与する元素である。しかし、Ｎｉ含有量が２．５％を超えると、応力腐食割れ感受性が高くなる。そのため、Ｎｉ含有量は０．１０〜２．５％の範囲とする。Ｎｉ含有量は、好ましくは０．５０％以上であり、より好ましくは０．８０％超であり、さらに好ましくは１．００％以上であり、さらにより好ましくは１．２０％以上であり、特に好ましくは１．５０％以上である。また、耐凝縮水腐食性向上に有効なＳｉの含有量が０．６０％以下の場合は、耐凝縮水腐食性を確保するためにＮｉを０．８０％を超えて含有することが望ましい。
Ｎｂ：０．２０〜０．８０％
Ｎｂは、ＣおよびＮと優先的に結合することにより、Ｃｒ炭窒化物の析出による耐凝縮水腐食性の低下を抑制する元素である。また、高温強度を高めて、熱疲労特性を向上させる効果を有する。これらの効果は、Ｎｂの０．２０％以上の含有で得られる。一方、Ｎｂ含有量が０．８０％を超えると、靱性が低下する。そのため、Ｎｂ含有量は０．２０〜０．８０％の範囲とする。Ｎｂ含有量は、好ましくは０．２５％以上である。また、Ｎｂ含有量は、好ましくは０．６０％以下であり、より好ましくは０．５０％以下であり、さらに好ましくは０．４０％以下である。
Ａｌ：０．００１〜０．１５％
Ａｌは脱酸に有用な元素であり、その効果は０．００１％以上のＡｌの含有で得られる。一方、Ａｌの０．１５％超えの含有はろう付け性を低下させることから、Ａｌ含有量は０．１５％以下とする。よって、Ａｌ含有量は０．００１〜０．１５％とする。Ａｌ含有量は、好ましくは０．１０％以下であり、より好ましくは０．０５０％以下であり、さらに好ましくは０．０２５％以下であり、さらにより好ましくは０．０１５％以下であり、特に好ましくは０．０１０％以下であり、最も好ましくは０．００８％以下である。
Ｎ：０．０２５％以下
Ｎは、Ｃと同様に鋼に不可避的に含まれる元素であり、固溶強化により鋼の強度を上昇させる効果がある。その効果は、Ｎを０．００１％以上含有することで得られる。一方、Ｎを０．０２５％超えで含有し、Ｃｒ窒化物として析出した場合には耐凝縮水腐食性を低下させる。よって、Ｎ含有量は０．０２５％以下とする。Ｎ含有量は、好ましくは０．０２０％以下であり、より好ましくは０．０１５％以下であり、さらに好ましくは０．０１０％以下である。また、Ｎ含有量は、好ましくは０．００１％以上であり、より好ましくは０．００３％以上であり、さらに好ましくは０．００５％以上である。
Ｃ＋Ｎ：０．０３０％以下 ・・・（１）
（式（１）中のＣ、Ｎは、各元素の含有量（質量％）を示す。）
ＣおよびＮの過剰含有は、耐凝縮水腐食性および加工性を低下させる。そのため、Ｃ含有量およびＮ含有量の夫々を前述した範囲とした上で、Ｃ＋Ｎ（Ｃ含有量とＮ含有量の和）は０．０３０％以下とする。好ましくは、Ｃ＋Ｎは０．０２５％以下である。より好ましくは、Ｃ＋Ｎは０．０２０％以下である。
２Ｓｉ＋Ｎｉ：１．０％以上 ・・・（２）
（式（２）中のＳｉ、Ｎｉは、各元素の含有量（質量％）を示す。）
前述したように、本発明では、耐凝縮水腐食性の向上のためにＳｉおよびＮｉの夫々を所定の含有量にする。さらに本発明者らは、鋭意検討し、２Ｓｉ＋Ｎｉ（Ｓｉ含有量の２倍とＮｉ含有量の和）が１．０％未満であると、所望の耐凝縮水腐食性が得られないことも知見した。そのため、本発明では、Ｓｉ含有量およびＮｉ含有量の夫々を前述した範囲とした上で、２Ｓｉ＋Ｎｉを１．０％以上とする。より好ましくは、２Ｓｉ＋Ｎｉは１．５％以上である。
本発明のフェライト系ステンレス鋼では、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる。
本発明のフェライト系ステンレス鋼は、上記成分に加えて、さらに、Ｃｕ、Ｗ、Ｃｏのうちから選ばれる１種または２種以上を、下記の範囲で含有することができる。
Ｃｕ：０．０１〜１．０％
Ｃｕは、耐凝縮水腐食性を高める効果を有する元素である。その効果は、Ｃｕを０．０１％以上含有することで得られる。一方、Ｃｕ含有量が１．０％を超えると、熱間加工性が低下する場合がある。そのため、Ｃｕを含有する場合は、Ｃｕ含有量は０．０１〜１．０％の範囲とすることが好ましい。Ｃｕ含有量は、より好ましくは０．０５％以上である。また、Ｃｕ含有量は、より好ましくは０．５０％以下である。
Ｗ：０．０１〜１．０％
Ｗは、Ｍｏと同様に、耐凝縮水腐食性を向上させる効果がある。その効果は、Ｗを０．０１％以上含有することで得られる。一方、Ｗ含有量が１．０％を超えると、製造性を低下させる場合がある。よって、Ｗを含有する場合は、Ｗ含有量は０．０１〜１．０％とすることが好ましい。より好ましくは、Ｗ含有量は０．５０％以下である。
Ｃｏ：０．０１〜１．０％
Ｃｏは、耐凝縮水腐食性および靭性を向上させる元素である。その効果は、Ｃｏを０．０１％以上含有することで得られる。一方、Ｃｏ含有量が１．０％を超えると、製造性を低下させる場合がある。よって、Ｃｏを含有する場合は、Ｃｏ含有量は０．０１〜１．０％とすることが好ましい。Ｃｏ含有量は、より好ましくは０．０２％以上であり、さらに好ましくは０．０４％以上である。また、Ｃｏ含有量は、より好ましくは０．５０％以下であり、さらに好ましくは０．２０％以下である。
本発明のフェライト系ステンレス鋼は、さらに、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｂ、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭのうちから選ばれる１種または２種以上を、下記の範囲で含有することができる。
Ｔｉ：０．０１〜０．１０％
Ｔｉは、鋼中に含まれるＣおよびＮと結合し、鋭敏化を防止する効果を有する。その効果はＴｉの０．０１％以上の含有で得られる。一方、Ｔｉは酸素に対して活性な元素であり、０．１０％超えのＴｉの含有はろう付け処理時に緻密で連続的なＴｉ酸化皮膜を鋼の表面に生成して、ろう付け性を低下させる場合がある。よって、Ｔｉ含有量は０．０１〜０．１０％とすることが好ましい。Ｔｉ含有量は、より好ましくは０．０２％以上であり、さらに好ましくは０．０３％以上である。また、Ｔｉ含有量は、より好ましくは０．０５％以下であり、さらに好ましくは０．０４％以下である。
Ｖ：０．０１〜０．５０％
Ｖは、Ｔｉ同様に、鋼中に含まれるＣおよびＮと結合し、鋭敏化を防止する効果を有する。その効果は、Ｖを０．０１％以上含有することで得られる。一方、Ｖ含有量が０．５０％を超えると、加工性が低下する場合がある。そのため、Ｖを含有する場合は、Ｖ含有量は０．０１〜０．５０％の範囲とすることが好ましい。Ｖ含有量は、より好ましくは０．０３％以上であり、さらに好ましくは０．０５％以上である。また、Ｖ含有量は、より好ましくは０．４０％以下であり、さらに好ましくは０．２５％以下である。
Ｚｒ：０．０１〜０．３０％
Ｚｒは、Ｃ、Ｎと結合して、鋭敏化を抑制する効果がある。その効果は、Ｚｒを０．０１％以上含有することで得られる。一方、Ｚｒ含有量が０．３０％を超えると、加工性を低下させるうえ、非常に高価な元素であるためコストの増大を招く場合がある。よって、Ｚｒを含有する場合は、Ｚｒ含有量は０．０１〜０．３０％とすることが好ましい。Ｚｒ含有量は、より好ましくは０．０５％以上である。また、Ｚｒ含有量は、より好ましくは０．２０％以下である。
Ｂ：０．０００３〜０．００５％
Ｂは、二次加工脆性を改善する元素である。その効果は、Ｂを０．０００３％以上含有することで得られる。一方、Ｂ含有量が０．００５％を超えると、固溶強化により延性が低下する場合がある。よって、Ｂを含有する場合は、Ｂ含有量は０．０００３〜０．００５％の範囲とすることが好ましい。Ｂ含有量は、より好ましくは０．０００５％以上である。また、Ｂ含有量は、より好ましくは０．００３０％以下である。
Ｃａ：０．０００３〜０．００３％
Ｃａは、溶接部の溶け込み性を改善して溶接性を向上させる。その効果は、Ｃａを０．０００３％以上含有することで得られる。一方、Ｃａ含有量が０．００３％を超えると、Ｓと結合してＣａＳを生成し、耐凝縮水腐食性を低下させる場合がある。よって、Ｃａを含有する場合は、Ｃａ含有量は０．０００３〜０．００３％の範囲とすることが好ましい。Ｃａ含有量は、より好ましくは０．０００５％以上である。また、Ｃａ含有量は、より好ましくは０．００２０％以下である。
Ｍｇ：０．０００３〜０．００３％
Ｍｇは、脱酸効果等精錬上有用な元素であり、また、組織を微細化し、加工性、靭性の向上にも有用であり、必要に応じてＭｇを０．００３％以下含有させることができる。Ｍｇを含有させる場合、Ｍｇ含有量は、安定した効果が得られる０．０００３％以上とすることが好ましい。すなわち、Ｍｇを含有させる場合、Ｍｇ含有量は０．０００３〜０．００３％とすることが好ましい。Ｍｇ含有量は、より好ましくは０．００２０％以下である。
ＲＥＭ：０．００１〜０．１０％
ＲＥＭ（希土類元素）は耐酸化性を向上させて、酸化スケールの形成を抑制し、溶接部のテンパーカラー直下のＣｒ欠乏領域の形成を抑制する。その効果は、ＲＥＭを０．００１％以上含有することで得られる。一方、ＲＥＭ含有量が０．１０％を超えると、酸洗性などの製造性を低下させるうえ、コストの増大を招く。よって、ＲＥＭを含有する場合は、ＲＥＭ含有量は０．００１〜０．１０％とすることが好ましい。
次に、本発明のフェライト系ステンレス鋼の製造方法について説明する。
本発明のステンレス鋼の製造方法は、フェライト系ステンレス鋼の通常の製造方法であれば好適に用いることができ、特に限定されるものではない。例えば、転炉、電気炉等公知の溶解炉で鋼を溶製し、あるいはさらに取鍋精錬、真空精錬等の二次精錬を経て上述した本発明の成分組成を有する鋼とし、連続鋳造法あるいは造塊−分塊圧延法で鋼片（スラブ）とし、その後、熱間圧延、熱延板焼鈍、酸洗、冷間圧延、仕上げ焼鈍、酸洗等の各工程を経て冷延焼鈍板とする製造工程で製造することができる。上記冷間圧延は、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延としてもよく、また、冷間圧延、仕上げ焼鈍、酸洗の各工程は、繰り返して行ってもよい。さらに、熱延板焼鈍は省略してもよく、鋼板の表面光沢や粗度調整が要求される場合には、冷間圧延後あるいは仕上げ焼鈍後、スキンパス圧延を施してもよい。
上記製造方法における、好ましい製造条件について説明する。
鋼を溶製する製鋼工程は、転炉あるいは電気炉等で溶解した鋼をＶＯＤ法等により二次精錬し、上記必須成分および必要に応じて添加される成分を含有する鋼とすることが好ましい。溶製した溶鋼は、公知の方法で鋼素材とすることができるが、生産性および品質面からは、連続鋳造法によることが好ましい。鋼素材は、その後、好ましくは１０５０〜１２５０℃に加熱され、熱間圧延により所望の板厚の熱延板とされる。もちろん、板材以外に熱間加工することもできる。上記熱延板は、その後必要に応じて９００〜１１５０℃の温度で連続焼鈍を施した後、酸洗等により脱スケールし、熱延製品とすることが好ましい。なお、必要に応じて、酸洗前にショットブラストによりスケール除去してもよい。
さらに、上記熱延焼鈍板を、冷間圧延等の工程を経て冷延製品としてもよい。この場合の冷間圧延は、１回でもよいが、生産性や要求品質上の観点から中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延としてもよい。１回または２回以上の冷間圧延の総圧下率は６０％以上が好ましく、より好ましくは７０％以上である。冷間圧延した鋼板は、その後、好ましくは９００〜１１５０℃、さらに好ましくは９５０〜１１５０℃の温度で連続焼鈍（仕上げ焼鈍）し、酸洗し、冷延製品とするのが好ましい。なお、連続焼鈍を光輝焼鈍で行って酸洗を省略してもよい。さらに用途によっては、仕上げ焼鈍後、スキンパス圧延等を施して、鋼板の形状や表面粗度、材質調整を行ってもよい。
以上説明した本発明のフェライト系ステンレス鋼は、自動車の排熱回収器やＥＧＲクーラーなどの排気ガス再循環装置に好適に用いられる。
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
表１、２に示したＮｏ．１〜２１、２３〜４５の成分組成を有する鋼を真空溶解炉で溶製し、１１００〜１２００℃で１時間加熱した後、熱間圧延によって板厚４．０ｍｍの熱延板を製造した。９５０〜１１００℃にて熱延板焼鈍を行った後、スケールを除去して板厚１．０ｍｍまで冷間圧延した。９５０〜１１００℃にて仕上げ焼鈍を行って得られた冷延焼鈍板を、エメリー研磨紙で６００番まで研磨し、アセトンによる脱脂を行って試験に供した。
＜耐凝縮水腐食性＞
耐凝縮水腐食性は、実環境を模擬したサイクル試験で評価した。冷延焼鈍板を２５ｍｍ×１００ｍｍの大きさに切り出し、試験に供した。試験液は実車の排熱回収装置から採取した凝縮水の分析例を参考にし、腐食に特に寄与する塩化物イオンと硫酸イオンのみを用いた。試薬に塩酸、硫酸を用いて、２００ｐｐｍＣｌ−＋６００ｐｐｍＳＯ４ ２−の溶液を調整した後、アンモニア水を用いてｐＨを８．０に調整した。８０℃に一定管理した上記溶液に試験片を浸漬させ、試験片を浸漬したまま浸漬溶液を２４時間で蒸発させた。本工程を５回行った。続いて試験片を２５０℃の炉に入れて２４時間加熱保持を行った。これを１サイクルとし、計４サイクル行った。試験終了後、腐食生成物を除去して、３Ｄマクロスコープにより腐食深さを測定した。最大腐食深さが８０μｍ未満の場合を◎（合格、特に優れている）、最大腐食深さが８０μｍ以上１００μｍ未満の場合を○（合格）、１００μｍ以上の場合を×（不合格）と評価した。
＜ろう付け性＞
ろう付け性は、ろう材のすき間部への浸透性で評価した。各冷延焼鈍板について３０ｍｍ角と２５ｍｍ×３０ｍｍの板を切出し、この２枚の板を重ねて、一定のトルク力（１７０ｋｇｆ）でクランプ冶具を用いてはさみ止めした。片側の端面にろう材ＢＮｉ−５（Ｎｉ−１９Ｃｒ−１０Ｓｉ）を１．２ｇ塗布し、１０−２Ｐａの真空雰囲気でろう付け処理を行った。
熱処理温度パターンは、昇温温度１０℃／ｓ、均熱時間１（全体の温度を均一にする工程）：１０６０℃×１８００ｓ、昇温温度１０℃／ｓ、均熱時間２（実際にろう材の融点以上の温度でろう付けを行う工程）：１１７０℃×６００ｓの処理を順に行った後、炉冷し、２００℃に温度が下がったときに外気（大気）でパージするものとした。ろう付け処理後に板間にろう材がどの程度浸透したかを、重ねた板の側面部にて目視により確認し、以下の基準で評価した。ろう材の浸透が２枚の板の重なり長さの５０％以上の場合を○（合格）、ろう材の浸透が２枚の板の重なり長さの５０％未満の場合を×（不合格）とした。
Figure 2018043310
Figure 2018043310
表１、２より、本発明例の鋼Ｎｏ．１〜２０、３１〜３４および３７〜４５は、いずれも優れた耐凝縮水腐食性およびろう付け性を示している。
特に、Ｓｉ含有量が０．６０％を超えている鋼Ｎｏ．１、２、４〜８、１１、１２、１４〜２０、３２〜３４、４１、４３、Ｓｉ含有量は０．６０％以下であるがＮｉ含有量が０．８０％を超えている鋼Ｎｏ．３、１３、３１、３７〜４０、４２、４４、４５は、耐凝縮水腐食性が特に優れていた。
一方、式（１）が本発明の範囲から外れる鋼Ｎｏ．２１は、耐凝縮水腐食性が不合格となった。また、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｎｂの含有量のいずれかが本発明の範囲から外れる鋼Ｎｏ．２３、２４、２５、３５、３６、式（２）を満足しない鋼Ｎｏ．２６、式（２）を満足せず、かつＳｉ、Ｎｉの含有量が本発明の範囲から外れる鋼Ｎｏ．２７は、耐凝縮水腐食性が不合格となった。
また、Ａｌ、Ｔｉの含有量のいずれかが本発明の範囲から外れる鋼Ｎｏ．２８、２９は、ろう付け性が不合格となった。また、Ｓｉ、Ａｌが本発明の範囲から外れ、且つ式（２）を満足しない鋼Ｎｏ．３０は、耐凝縮水腐食性とろう付け性いずれも不合格となった。
本発明のフェライト系ステンレス鋼は、自動車の排気ガスから生成する凝縮水にさらされる排熱回収器やＥＧＲクーラーなどの排気ガス再循環装置に使用される部材として好適である。

Claims (4)

  1. 質量％で、
    Ｃ：０．０２５％以下、
    Ｓｉ：０．４０〜２．０％、
    Ｍｎ：０．０５〜１．５％、
    Ｐ：０．０５％以下、
    Ｓ：０．０１％以下、
    Ｃｒ：１６．０〜３０．０％、
    Ｍｏ：０．６０〜３．０％、
    Ｎｉ：０．１０〜２．５％、
    Ｎｂ：０．２０〜０．８０％、
    Ａｌ：０．００１〜０．１５％、
    Ｎ：０．０２５％以下を含有し、
    かつ、以下の式（１）および式（２）を満たし、
    残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とするフェライト系ステンレス鋼。
    Ｃ＋Ｎ≦０．０３０％ ・・・（１）
    ２Ｓｉ＋Ｎｉ≧１．０％ ・・・（２）
    （式（１）、式（２）中のＣ、Ｎ、Ｓｉ、Ｎｉは、各元素の含有量（質量％）を示す。）
  2. さらに質量％で、
    Ｃｕ：０．０１〜１．０％、
    Ｗ：０．０１〜１．０％、
    Ｃｏ：０．０１〜１．０％
    のうちから選ばれる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。
  3. さらに質量％で、
    Ｔｉ：０．０１〜０．１０％、
    Ｖ：０．０１〜０．５０％、
    Ｚｒ：０．０１〜０．３０％、
    Ｂ：０．０００３〜０．００５％、
    Ｃａ：０．０００３〜０．００３％、
    Ｍｇ：０．０００３〜０．００３％、
    ＲＥＭ：０．００１〜０．１０％
    のうちから選ばれる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。
  4. 自動車の排熱回収器用または排気ガス再循環装置用であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のフェライト系ステンレス鋼。
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