KR20170113652A

KR20170113652A - 염가이며 염해 내식성이 우수한 자동차용 부재 및 급유관

Info

Publication number: KR20170113652A
Application number: KR1020177025075A
Authority: KR
Inventors: 히로시 우라시마; 요시하루 이노우에; 도시오 다노우에
Original assignee: 닛폰 스틸 앤드 스미킨 스테인레스 스틸 코포레이션
Priority date: 2015-02-10
Filing date: 2016-02-09
Publication date: 2017-10-12
Also published as: CA2975977A1; JP6412596B2; WO2016129576A1; KR101954563B1; MX2017010253A; JPWO2016129576A1; US20180031169A1; US10539264B2; CA2975977C

Abstract

질량％로, C≤0.015％, N≤0.015％, Cr: 10.5 내지 18.0％, Si: 0.01 내지 0.80％, Mn: 0.01 내지 0.80％, P≤0.050％, S≤0.010％, Al: 0.010 내지 0.100％, Mo: 0.3％ 초과 내지 1.5％를 함유하고, 또한, Ti와 Nb 각각 0.03 내지 0.30％의 1종 또는 2종을 함유하는 페라이트계 스테인리스강을 소재로 한 부재와, 부재에 설치되는 Al 도금 스테인리스 강판으로 성형된 금속 부재 부품과의 사이에 있어서, 염해 환경에 노출되는 간극 구조부를 갖고, 간극 구조부에 있어서의 금속 부재 부품의 Al 도금 부착량이 20 내지 150g/㎡ 이하이고, 간극부 이외의 부재 및 상기 금속 부재 부품의 표면이 두께 5 내지 35㎛의 양이온 전착 도막으로 피복되어 있는 자동차용 부재 또는 급유관이다.

Description

염가이며 염해 내식성이 우수한 자동차용 부재 및 급유관

본 발명은 염가이며 염해 내식성이 우수한 자동차용 부재에 관한 것이다. 특히, 융설염과 같은 염분이 자동차에 부착되는 빈도가 높은 지역에서 사용되는, 우수한 내식성을 확보한 급유관에 관한 것이다.

자동차용 급유관에는, 미국의 법규제로 15년간 혹은 15만마일 주행의 수명 보증이 의무화되어 있고, 스테인리스강(SUS436L: 17Cr-1.2Mo)을 소재로 한 급유관이 이미 실용화되어 있다.

북미나 유럽 지구를 주행하는 자동차는 융설염 환경에 노출되므로, 급유관에 적용되는 소재에는 우수한 염해 내식성이 요구된다. 그 때문에, 종래에는 급유관 소재로서 SUS436L이 적용되어 왔다. 한편, 요즘의 자원 가격 고등을 배경으로 하여, 비용 저감의 요구가 발생하고 있다. 비용 저감의 과제에 대하여, 저렴한 소재를 적용하는 것이 아니라, 일체 성형에 의한 부품수의 저감에 의해 해결을 도모했을 경우, 주요 부품인 인렛 파이프에 직접 금속 부재 부품이 설치되게 된다. 그로 인해, 인렛 파이프와 설치된 부품의 사이에 간극 구조가 형성되어 버린다. 간극부는, 간극부 이외의 일반부에 비해 부식이 발생하기 쉽기 때문에, 염해 환경에 노출되는 급유관 외면측의 간극부에서는 틈새 부식을 일으킨다. 연료가 통과하는 인렛 파이프에 틈새 부식이 일어나, 천공에 이르렀을 경우, 연료 누설에 의해 심각한 사고를 야기할 가능성이 있다.

종래, 간극부의 염해 내식성을 향상시키는 수단으로서 양이온 전착 도장 등의 도장이 사용되어 왔다.

예를 들어, 특허문헌 1에서는, SUS436 파이프를 소재로 해서 프로젝션 용접을 사용하여 조립한 급유관에 양이온 전착 도장을 실시하는 제조 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 기술에서는 SUS436을 소재로 한 것이며, 발명자들의 지견에 의하면 SUS436에 있어서도 급유관 표면에 존재하는 간극부는 양이온 전착 도장이 곤란하기 때문에, 방식이 완전하다고는 할 수 없다. 따라서, 융설염 환경에서는 이 기술로 충분한 방청 효과가 얻어진다고는 추인할 수 없다.

또한, 특허문헌 2에서는, SUS436을 소재로 해서 조립한 급유관에 정전 도장을 실시하여 틈새 부식을 방지하는 기술이 개시되어 있다. 혹은, 특허문헌 3에서는, 스테인리스강제 급유관에 내(耐) 칩 도장을 실시하여, 칩핑을 당해도 충분한 방청성을 확보하는 기술이 나타나 있다. 그러나, 이들 기술은 전착 도장의 경우보다도 도장 비용이 든다. 한편, 간극 내부에는 도장할 수 없기 때문에, 간극부의 충분한 방청 효과를 얻을 수 있다는 보증은 없다.

특허문헌 4에서는, 간극 내부를 전착 도장으로 피복하기 위해, 간극 형성 부품에 돌기를 형성하여, 간극의 개구량을 0.2㎜ 이상으로 제어하는 기술이 개시되어 있다.

한편, 도장 이외의 방청 방법에 대해서도 제시되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 5에서는, 스테인리스강제 급유관의 조립에 있어서의 용접, 경납땜, 소성 가공 등에 의해 부동태 피막이 손상된 부위나 간극 부위에 아연의 희생 양극을 배치하여 희생 방식하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 부식 우려 부위의 전부에 아연을 배치하는 것은 번잡하고 손이 많이 간다. 또한, 비특허문헌 1에 나타난 바와 같이 아연은 염해 환경에서 소모되기 쉬우므로 필요량이 늘어난다는 문제가 있다. 또한, 특허문헌 6에는, 인렛 파이프에 아연 도금 강판을 사용하여, 간극부를 용융시킨 아연으로 메움으로써 간극부를 없애고 있다. 그러나, 상술한 바와 같이 아연은 내염해 환경에 있어서 소모가 심한 데다가, 급유구가 인렛 파이프의 내부로 들어가 있는 구조이기 때문에, 용해된 아연은 인렛 파이프 내에 침입하기 쉽고, 수분과 반응함으로써, 수산화 아연 등의 부식 생성물을 형성하여, 연료 분사 장치의 눈막힘의 원인이 될 가능성이 있다.

일본 특허 공개 제2002-242779호 공보 일본 특허 공개 제2004-21003호 공보 일본 특허 공개 제2006-231207호 공보 일본 특허 공개 제2012-12005호 공보 일본 특허 공개 제2005-206064호 공보 일본 특허 공개 제2012-96570호 공보

깃코 도시하루: 표면 기술, Vol.42(1991), No.2, 169-177 오타케 요시토: 일본 고무 협회지, Vol.81(2008), No.9, 376-382 마키 준: 표면 기술, Vol.62(2011), No.1, 20-24

본 발명은 SUS436L 동등 이하의 재료를 사용하여, 인렛 파이프와 부품의 사이에 간극 구조가 있음으로써, 스테인리스강의 약점인 염해 내식성, 특히 간극부에 있어서의 내식성을 확보하는 것을 목적으로 한다.

특허문헌 4의 기술에서는, SUS436L 동등 이하의 소재를 포함하는 강관 부재와, 그것에 설치된 금속 부재 부품을 포함하는 급유관에 있어서, 염해 환경에 노출되는 표면의 간극 구조부의 간극부의 내부를 전착 도장으로 피복하기 위해, 간극 구조부의 간극부에 있어서의 개구량을 0.2㎜ 이상으로 제어할 필요가 있었다. 간극 형성 부품에 돌기를 형성하고, 간극의 개구량을 균일하게 제어하기 위한 기술 개발이 과제였다. 본 발명에서는, 간극부의 개구량에 관계없이, 간극 구조부에 있어서의 내식성을 확보하는, 염가이며 염해 내식성이 우수한 자동차용 부재를 제공하는 것을 목표로 한다.

본 발명자들은, 간극부의 내식성을 확보하기 위한 수단으로서, Zn보다도 염해 환경에 있어서 소모가 적은 Al의 희생 방식 작용의 유용성을 상기하였다. 그러나, 비특허문헌 2에 나타내는 바와 같이 Al은 바이오에탄올에 약하기 때문에, 특허문헌 6의 인렛 파이프 같은 연료에 접하는 부재의 도금종을 Zn으로부터 Al로 바꾸었을 경우, Al의 부식이 빠르기 때문에 희생 방식 효과가 단기간이 된다. 그래서, 연료의 부착 가능성이 낮은 금속 부재 부품에 Al 도금 스테인리스 강판을 사용하고, 인렛 파이프와 같은 연료에 접하는 강관 부재에 스테인리스 강판을 사용하는 구조를 상기하여, 강관 부재의 부식 억제를 도모하였다. 그리고, 그 구조를 전제로 하여, Al의 희생 방식의 유용성 검토를 진행하였다. 먼저, Al 도금 스테인리스 강판과 스테인리스 강판을 접촉시킨 간극 시험편, 및 스테인리스 강판끼리를 접촉시킨 간극 시험편을 제작하여 염해 내식성을 조사하였다. 그 결과, Al 도금층의 희생 방식 작용에 의해 틈새 부식이 억제되는 것을 지견하였다. 또한, 양이온 전착 도장을 실시하여 간극부 이외의 부분의 시험편 표면을 피복함으로써 Al 도금의 소모가 억제되고 내식 수명이 연장되는 것을 지견하여, 소정의 내식 수명을 얻기 위한 Al 도금 부착량의 필요 조건을 해명하였다.

그러나, 상기의 수법으로는 Al 도금의 희생 방식 효과를 이용하기 때문에, 스테인리스보다도 도금부의 용해가 빠르므로, 용해된 Al이 문제를 야기할 가능성이 있다. 예를 들어, 급유구와 같은 인렛 파이프의 단부와 금속 부재 부품으로 형성되는 간극부를 대상으로 했을 경우, 특허문헌 6과 같은 인렛 파이프에 금속 부재 부품이 들어가는 구조에서는, 스테인리스 강판에 천공이 발생하지 않아도, 용해된 Al이 인렛 파이프 내에 침입한다. 침입한 Al이 수분과 반응하여 수산화알루미늄 등의 용해도가 낮은 Al계 부식 생성물이 생성되고, 연료 탱크 저부에 침전된다. Al계 부식 생성물은 연료 탱크에 축적되어, 최종적으로는 연료 분사구에서 눈막힘을 일으켜, 고장을 야기할 가능성이 있다. 그래서 본 발명자들은, Al 도금 스테인리스 강판제의 금속 부재 부품의 설치 방법을 검토하였다. 그 결과, Al 도금이 소모됨에도 불구하고, 강관 부재의 외부이며 또한 금속 부재 부품을 소정의 위치에 설치함으로써, 강관 부재 내부에 Al이 들어가지 않는 구조를 알아내었다.

본 발명은 상기 지견에 기초하여 구성한 것이며, 그 요지는 이하와 같다.

(1) 질량％로, C≤0.015％, N≤0.015％, Cr: 10.5 내지 18.0％, Si: 0.01 내지 0.80％, Mn: 0.01 내지 0.80％, P≤0.050％, S≤0.010％, Al: 0.010 내지 0.100％, Mo: 0.3％ 초과 내지 1.5％를 함유하고, 또한, Ti≤0.30％, Nb≤0.30％이며 0.03％≤Ti와 0.03％≤Nb의 한쪽 또는 양쪽을 충족하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하는 페라이트계 스테인리스강을 소재로 한 Al 도금을 갖지 않는 부재에, Al 도금 부착량이 20g/㎡ 이상 150g/㎡ 이하인 Al 도금 스테인리스 강판으로 성형된 금속 부재 부품을 용접 혹은 경납땜에 의해 설치하고, 상기 부재에 설치되는 Al 도금 스테인리스 강판으로 성형된 상기 금속 부재 부품과의 사이에 있어서, 염해 환경에 노출되는 간극 구조부를 형성하고, 이어서, 상기 금속 부재 부품과 부재의 표면에 두께 5 내지 35㎛의 양이온 전착 도막을 피복하는 것을 특징으로 하는 자동차용 부재.

(2) 상기 부재의 소재는 질량％로, 또한 B: 0.0002 내지 0.0050％, Sn: 0.01 내지 0.50％ 중 어느 1종 또는 2종을 포함하는 제1군,

Cu: 0.01 내지 0.5％, Ni: 0.01 내지 0.5％, Sb: 0.005 내지 0.5％, Zr: 0.005 내지 0.5％, Co: 0.005 내지 0.5％, W: 0.005 내지 0.5％, V: 0.03 내지 0.5％, Ga: 0.001 내지 0.05％, Ta: 0.001 내지 0.05％ 중 어느 1종 또는 2종 이상을 포함하는 제2군 중, 적어도 어느 하나의 군을 함유하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 자동차용 부재.

(3) 상기 금속 부재 부품의 소재의 조성이, 질량％로 Mo: 0.005 내지 1.5％이며, Mo 이외의 성분에 대해서는 Al 도금을 갖지 않는 부재와 동일한 조성 범위의 페라이트계 스테인리스강인 것을 특징으로 하는 본 발명의 자동차용 부재.

(4) 질량％로, C≤0.015％, N≤0.015％, Cr: 10.5 내지 18.0％, Si: 0.01 내지 0.80％, Mn: 0.01 내지 0.80％, P≤0.050％, S≤0.010％, Al: 0.010 내지 0.100％, Mo: 0.3％ 초과 내지 1.5％를 함유하고, 또한, Ti≤0.30％, Nb≤0.30％이며 0.03％≤Ti와 0.03％≤Nb의 한쪽 또는 양쪽을 충족하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하는 페라이트계 스테인리스강을 소재로 한 강관을 성형한 Al 도금을 갖지 않는 강관 부재의 외주부의 연료에 접하는 경우가 없는 위치에, Al 도금 부착량이 20g/㎡ 이상 150g/㎡ 이하인 Al 도금 스테인리스 강판으로 성형된 금속 부재 부품을 용접 혹은 경납땜에 의해 설치하고, 상기 강관 부재에 설치되는 Al 도금 스테인리스 강판으로 성형된 상기 금속 부재 부품과의 사이에 있어서, 염해 환경에 노출되는 간극 구조부를 형성하고, 이어서, 상기 금속 부재 부품과 강관 부재의 표면에 두께 5 내지 35㎛의 양이온 전착 도막을 피복하는 것을 특징으로 하는 급유관.

(5) 상기 강관 부재의 소재는 질량％로, 또한 B: 0.0002 내지 0.0050％, Sn: 0.01 내지 0.50％ 중 어느 1종 또는 2종을 포함하는 제1군,

Cu: 0.01 내지 0.5％, Ni: 0.01 내지 0.5％, Sb: 0.005 내지 0.5％, Zr: 0.005 내지 0.5％, Co: 0.005 내지 0.5％, W: 0.005 내지 0.5％, V: 0.03 내지 0.5％, Ga: 0.001 내지 0.05％, Ta: 0.001 내지 0.05％ 중 어느 1종 또는 2종 이상을 포함하는 제2군 중, 적어도 어느 하나의 군을 함유하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 급유관.

(6) 상기 금속 부재 부품의 소재의 조성이, 질량％로 Mo: 0.005 내지 1.5％이며, Mo 이외의 성분에 대해서는 강관 부재의 소재와 동일한 조성 범위의 페라이트계 스테인리스강인 것을 특징으로 하는 본 발명의 급유관.

(7) 상기 강관 부재는 인렛 파이프이고, 상기 금속 부재 부품은, 원뿔대 형상이며, 원뿔이 작은 원주부에 있어서 상기 강관 부재의 외주에 설치되고, 당해 설치 위치는 인렛 파이프의 단부로부터 5㎜ 이상 이격된 위치의 외주부에 있는 급유구 구조를 갖는 본 발명의 급유관.

(8) 질량％로, C≤0.015％, N≤0.015％, Cr: 10.5 내지 18.0％, Si: 0.01 내지 0.80％, Mn: 0.01 내지 0.80％, P≤0.050％, S≤0.010％, Al: 0.010 내지 0.100％, Mo: 0.3％ 초과 내지 1.5％를 함유하고, 또한, Ti≤0.30％, Nb≤0.30％이며 0.03％≤Ti와 0.03％≤Nb의 한쪽 또는 양쪽을 충족하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하는 페라이트계 스테인리스강을 소재로 한 Al 도금을 갖지 않는 부재와, 상기 부재에 설치되는 Al 도금 스테인리스 강판으로 성형된 금속 부재 부품과의 사이에 있어서, 염해 환경에 노출되는 간극 구조부를 갖고, 상기 간극 구조부의 간극부에 닿는 면에 있어서의 상기 금속 부재 부품의 Al 도금 부착량이 20g/㎡ 이상 150g/㎡ 이하이고, 상기 간극 구조부 이외의 부재 및 상기 금속 부재 부품의 표면이 두께 5 내지 35㎛의 양이온 전착 도막으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차용 부재.

(9) 상기 부재의 소재는 질량％로, 또한 B: 0.0002 내지 0.0050％, Sn: 0.01 내지 0.50％ 중 어느 1종 또는 2종을 포함하는 제1군,

(10) 상기 금속 부재 부품의 소재의 조성이, 질량％로 Mo: 0.005 내지 1.5％이며, Mo 이외의 성분에 대해서는 Al 도금을 갖지 않는 부재의 소재와 동일한 조성 범위의 페라이트계 스테인리스강인 것을 특징으로 하는 본 발명의 자동차용 부재.

(11) 질량％로, C≤0.015％, N≤0.015％, Cr: 10.5 내지 18.0％, Si: 0.01 내지 0.80％, Mn: 0.01 내지 0.80％, P≤0.050％, S≤0.010％, Al: 0.010 내지 0.100％, Mo: 0.3％ 초과 내지 1.5％를 함유하고, 또한, Ti≤0.30％, Nb≤0.30％이며 0.03％≤Ti와 0.03％≤Nb의 한쪽 또는 양쪽을 충족하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하는 페라이트계 스테인리스강을 소재로 한 강관을 성형한 Al 도금을 갖지 않는 강관 부재의 외주부의 연료에 접하는 경우가 없는 위치와, 상기 강관 부재에 설치되는 Al 도금 스테인리스 강판으로 성형된 금속 부재 부품과의 사이에 있어서, 염해 환경에 노출되는 간극 구조부를 갖고, 상기 간극 구조부의 간극부에 닿는 면에 있어서의 상기 금속 부재 부품의 Al 도금 부착량이 20g/㎡ 이상 150g/㎡ 이하이고, 상기 간극 구조부 이외의 강관 부재 및 상기 금속 부재 부품의 표면이 두께 5 내지 35㎛의 양이온 전착 도막으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 급유관.

(12) 상기 강관 부재의 소재는 질량％로, 또한 B: 0.0002 내지 0.0050％, Sn: 0.01 내지 0.50％ 중 어느 1종 또는 2종을 포함하는 제1군,

(13) 상기 금속 부재 부품의 소재의 조성이, 질량％로 Mo: 0.005 내지 1.5％이며, Mo 이외의 성분에 대해서는 강관 부재의 소재와 동일한 조성 범위의 페라이트계 스테인리스강인 것을 특징으로 하는 본 발명의 급유관.

(14) 상기 강관 부재는 인렛 파이프이고, 상기 금속 부재 부품은, 원뿔대 형상이며, 원뿔이 작은 원주부에 있어서 상기 강관 부재의 외주에 설치되고, 당해 설치 위치는 인렛 파이프의 단부로부터 5㎜ 이상 이격된 위치의 외주부에 있는 급유구 구조를 갖는 본 발명의 급유관.

본 발명에 의해, 염해 내식성을 안정적으로 확보하면서 염가인 급유관을 제공할 수 있으므로, 산업상의 효과는 크다.

즉, 본 발명의 기술이 의해, SUS436L 동등 이하의 소재를 포함하는 강관 부재와 그것에 설치된 금속 부재 부품을 포함하는 급유관에 있어서, 간극 구조부의 간극부에 있어서의 개구량이 작을 때에는, 염해 환경에 노출되는 간극부에 닿는 금속 부재 부품의 표면이 Al 도금이며, 또한 상기 간극부 이외의 강관 부재 및 금속 부재 부품의 표면은 양이온 전착 도막으로 피복됨으로써, 내식성을 확보할 수 있다. 이에 반해, 개구량이 클 때에는 염해 환경에 노출되는 표면의 간극 구조부의 간극부의 내부가 전착 도장으로 피복됨으로써, 내식성을 확보할 수 있다.

또한, 급유구부에 사용하는 경우에는, 인렛 파이프의 외측에 Al 도금 스테인리스제의 금속 부품을 설치함으로써, 소모된 Al의 인렛 파이프 내로의 침입을 방지할 수 있으므로, Al 부식 생성물에 의한 엔진의 연료 분사구의 막힘을 억제하고, 고장을 방지하는 것을 가능하게 하였다. 이상으로, 간극 구조부의 간극부의 개구량의 구조를 특별히 제어하는 일 없이, 안정적으로 내식성을 확보할 수 있다.

도 1a는 급유관의 중앙부에 존재하는 간극부의 간극 구조예를 도시한 사시도이다.
도 1b는 급유관의 중앙부에 존재하는 간극부의 간극 구조예를 도시한 단면도이다.
도 2a는 급유관의 급유구부에 존재하는 간극부의 간극 구조예를 도시한 사시도이다.
도 2b는 급유관의 급유구부에 존재하는 간극부의 간극 구조예를 도시한 단면도이다.
도 3은 간극 시험편 소판의 Al 도금 부착량과 간극 시험편의 전착 도막 두께가 틈새 부식 깊이에 미치는 영향을 도시하는 도면이다.
도 4a는 구조의 검토에 사용한 구조 I의 시험편 형상을 도시하는 사시도이다.
도 4b는 구조의 검토에 사용한 구조 I의 시험편 형상을 도시하는 단면도이다.
도 5a는 구조의 검토에 사용한 구조 II의 시험편 형상을 도시하는 사시도이다.
도 5b는 구조의 검토에 사용한 구조 II의 시험편 형상을 도시하는 단면도이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명에서 말하는 부재란, 그 내면이 연료 환경에 노출되고 외면이 염해 환경에 노출되는 부재의 총칭이다. 당해 부재 중에서 강관을 성형한 파이프 형상의 부재를 강관 부재라고 칭하고, 메인 파이프, 브리더, 연료 배관 등의 부재가 포함된다. 메인 파이프는 인렛 파이프라고도 불리고, 급유구로부터 연료 탱크에 연료를 도입하는 파이프이다. 또한, 금속 부재 부품이란, 염해 환경에만 노출되고, 부재 혹은 강관 부재와의 사이에 간극부를 구성하는 부품의 총칭이며, 배관 지지 부재나 예를 들어 스테이, 브래킷이라 칭해지는 금속 부재나 캡 프로텍터나 리테이너라 칭해지는 부재 등이 포함된다. 부재에 금속 부재 부품을 설치하여 자동차용 부재로 한다. 강관 부재에 금속 부재 부품을 설치하여 급유관으로 한다.

본 발명의 자동차용 부재 혹은 그 대표예인 급유관에는, 예를 들어 도 1a, 도 1b, 도 2a, 도 2b에 도시하는 바와 같은 간극부가 포함된다. 도 1a, 도 1b는 급유관의 중앙부를 나타내는 사례이며, 도 1a는 메인 파이프(1a)(강관 부재(1))와 브리더 튜브(1b)(강관 부재(1))를 결속하여 차체에 고정하기 위한 금속 부재 부품(2)이 용접에 의해 용접부(4)에서 설치되어 있는 모습을 도시하는 사시 개념도이며, 도 1b는 메인 파이프(1a)에 대한 금속 부재 부품(2)의 설치 부분의 단면 모식도이다. 모두, 금속 부재 부품(2)과 강관 부재(1)인 메인 파이프(1a) 혹은 브리더 튜브(1b)의 용접부(4) 근방에 간극부(3)가 형성되어 있는 모습을 도시한다. 또한, 도 2a, 도 2b는 급유관의 급유구부를 나타내는 사례이며, 여기에서는 메인 파이프를 인렛 파이프라 부른다. 도 2a는 인렛 파이프(강관 부재(11))에 캡 프로텍터(금속 부재 부품(12))가 용접에 의해 용접부(14)에서 설치되어 있는 모습을 나타내는 사시 개념 도이며, 도 2b는 인렛 파이프에 대한 금속 부재 부품(12) 설치 부분의 단면 모식도이다. 모두, 금속 부재 부품(12)과 강관 부재(11)인 인렛 파이프의 용접부(14) 근방에 간극부(13)가 형성되어 있는 모습을 도시한다. 간극부(3)나 간극부(13)를 포함하는 부분을 본 발명에서는 간극 구조부라고 부른다.

본 발명은 염해 환경에 노출되는 간극 구조부를 대상으로 한다.

이러한 간극부의 간극 내부에, 염수가 충전되어서 건습 사이클이 부여되면 틈새 부식이 발생하고, 틈새 부식이 성장하여 강관 부재를 천공에 이르게 한다. 이것을 방지하기 위해서는 틈새 부식의 성장을 억제하는 것도 물론이거니와, 틈새 부식의 발생 자체를 억제하는 것이 중요해서, 이를 위한 수단으로서 희생 방식을 사용하는 것이 상투적이다.

희생 방식용 희생 양극으로서는 Zn이 일반적이지만, 염해 환경에서는 소모가 빠르다는 난점이 있다. 이에 비하여 Al을 희생 양극으로서 사용하면, 염해 환경에 있어서 소모가 비교적 적고 발생 전기량이 큰 점이나 용융 도금에 의해 강판에 부착시켜서 사용할 수 있기 때문에 강도 부재로서도 기능시킬 수 있는 점이 유용하다고 상기되었다.

그래서 먼저, 강관 부재에 상당하는 스테인리스 강판과, 금속 부재 부품에 상당하는 Al 도금 스테인리스 강판을 소재로 한 간극 시험편을 제작하여 염해 내식성을 조사하였다.

간극 시험편은, t0.8×70×150㎜ 사이즈의 대판에 t0.8×40×40㎜ 사이즈의 소판를 겹쳐서 중앙부를 스폿 용접하여 제작하였다. 대판은, 강관 부재에 상당하는 것이며, 페라이트계 스테인리스 강판을 사용하였다. 소판은, 금속 부재 부품에 상당하는 것이며, Al 도금 부착량을 변화시킨 Al 도금 스테인리스 강판을 사용하였다. 대판은 표 1-1, 표 1-2에 기재한 본 발명예의 함유 성분, 소판은 표 2에 기재한 함유 성분의 스테인리스 강판에, 다양한 부착량의 Al을 도금한 것을 사용하였다. 대판과 소판의 대면 부분이 간극부를 구성한다.

간극 시험편에는, 양이온 전착 도장을 실시한 후에 염해 부식 시험에 제공하였다. 양이온 전착 도장에 있어서, 도료는 닛폰 페인트(주) 제조 PN-110을 사용하고, 욕 온도 28℃, 도장 전압 170V로 통전하고, 도막 두께가 일반부(대판 표면과 소판 표면 중, 간극부 이외의 부분)에 있어서 2 내지 40㎛가 되도록 조건 선정하였다. 베이킹 조건은, 170℃×20분으로 하였다. 도막 두께는 전자막 두께 측정기를 사용해서 1시료에 대해서 5점 측정하고, 그 평균값을 막 두께로 하였다. 또한, 일부의 시험편에 대하여 전착 도장 후에 용접 너깃을 천공하여 간극부의 내부를 관찰하고, 간극부의 내부에 도막이 형성되지 않는 것을 확인하였다.

이들 간극 시험편의 염해 내식성 평가 시험으로서, JASO 모드의 복합 사이클 부식 시험(JASO-M609-91 규정의 사이클 부식 시험(염수 분무: 5％ NaCl 분무, 35℃×2Hr, 건조: 상대 습도 20％, 60℃×4Hr, 습윤: 상대 습도 90％, 50℃×2Hr의 반복))을 사용하였다. 시험 기간은 500사이클로 하였다. 시험 종료 후, 간극부 내부의 부식 깊이를 현미경 초점 심도법에 의해 측정하였다.

시험 결과를 도 3에 도시한다. 도 3은 횡축을 소판 도금 부착량, 종축을 전착 도장 두께로 하고, 간극부 내부의 부식 깊이가 400㎛ 미만을 동그라미 표시, 400㎛ 이상을 크로스 표시로 표시하였다. 도 3으로부터, 소판의 Al 도금 스테인리스 강판의 Al의 희생 방식 효과에 의해 틈새 부식을 대폭으로 억제할 수 있지만, 만족할만한 효과가 얻어지기 위해서는, Al 도금의 부착량과 양이온 전착 도막의 두께가 적정해야만 하는 것을 알 수 있다. 즉, 희생 방식 효과를 장기간에 걸쳐 유지하기 위해서는 Al의 절대량이 많을수록 유리하며, 이것을 유지하기 위해서는 초기의 절대량의 많고 적음과 소모를 경감하는 대책이 필요해진다. 도 3은 초기의 틈새 부식 절대량은 Al 도금 부착량으로 관리할 수 있고, Al 소모 경감은 일반면의 양이온 전착 도막 두께로 제어할 수 있음을 시사하고 있다. 도 3의 결과로부터, Al 도금 부착량은 20g/㎡ 이상이 필요하며, 양이온 전착 도막 두께는 5㎛ 이상이 필요하다고 할 수 있다. Al 도금 부착량, 양이온 전착 도막 두께는 많을수록 바람직한 것은 자명하지만, 염가성을 배려하면, Al 도금 부착량은 150g/㎡를 상한으로 하고, 양이온 전착 도막 두께는 35㎛를 상한으로 하는 것이 당연하다. 여기에 있어서, 소판의 표면 중 대판과 대면하는 면(간극부)에 대해서는, 간극이기 때문에 양이온 전착 도막이 형성되지 않고 Al 도금면이 노출되어 있어, 이 부분의 표면 Al이 희생 방식에 기여하고 있다.

이와 같이, 본 발명에 있어서의 금속 부재 부품으로서는 Al 도금 스테인리스 강판을 소재로 하는 것이며, 간극부에 닿는 면에 있어서의 Al 도금 부착량이 20g/㎡ 이상을 필요로 한다. 도금 부착량이 이것을 하회하면 만족할만한 내식성이 얻어지지 않기 때문이다. 한편, 도금 부착량이 많아지면 내식 수명은 연장되지만, 수명 연장은 양이온 전착 도막에 의한 간극 이외의 면을 피복함으로써 어느 정도 확보 가능하고, 비용도 고려해서 150g/㎡를 도금 부착량의 상한으로 한다. 여기에 있어서, 「간극부에 닿는 면」이란, 금속 부재 부품이 부재 또는 강관 부재와 접근 또는 맞닿아서 간극부를 구성하는 면을 의미한다.

Al 도금 스테인리스 강판은, 용융 도금법에 의해 제조된 것을 사용할 수 있다. Al 도금 스테인리스 강판은, 순Al욕을 사용하여 제조되는 TypeII보다도, Al-5 내지 15％ Si욕을 사용하여 제조되는 TypeI을 사용하는 것이 바람직하다. 이것은, TypeI 쪽이 TypeII보다도 도금층과 스테인리스 모지 사이의 계면에 존재하는 합금층의 두께가 얇아, 성형 가공 시에 도금층의 박리가 일어나기 어렵기 때문이다. 이러한 TypeI의 Al 도금층에는, 비특허문헌 3에서 나타내듯이, 통상 약 10mass％의 Si와 약 1mass％의 Al-Fe-Si 금속 간 화합물이 포함되어 있다.

부재, 강관 부재와 금속 부재 부품의 표면 중, 적어도 간극부의 간극 내부 이외의 면(「일반면」이라고 함)에는 양이온 전착 도막을 형성시킨다. 일반면의 전착 도막은 Al의 방식 전류의 도달 영역을 간극부에 한정하는 효과가 있다. 이에 의해 Al의 소모 속도를 억제해 방식 수명을 연장할 수 있다. 이를 위한 양이온 전착 도막의 막 두께는 5㎛ 이상이 필요하다. 한편, 막 두께는 너무 두꺼워도 효과는 포화되므로 35㎛를 상한으로 하는 것이 좋다. 또한, 부재, 강관 부재, 금속 부재 부품의 간극부의 면에 양이온 전착 도막이 형성될지 여부는, 간극부의 개구량에 따라 상이한 것이 된다. 간극부의 개구량이, 전착 도막이 충분히 형성될 정도로 넓을 경우(0.2㎜ 이상)에는, 부재, 강관 부재의 간극 내부에 전착 도막이 형성되어 있으므로, 틈새 부식 발생을 방지할 수 있다. 한편, 간극부의 개구량이 작고 간극부에 닿는 면에 전착 도막이 형성되지 않은 경우, 종래라면 부재, 강관 부재의 이 부분에 틈새 부식이 발생했었지만, 본 발명에 있어서는, 금속 부재 부품의 간극 내부 부분은 Al 도금되어 있고, 금속 부재 부품의 이 부분에 전착 도막이 형성되어 있지 않기 때문에 Al이 노출되어 있어, Al에 의한 희생 방식 효과를 발휘할 수 있다.

또한, 본 발명의 금속 부재 부품을 급유구 부재에 적용했을 때 염려되는 Al성분의 인렛 파이프 내로의 유입을 방지하기 위해 Al 도금 스테인리스 강판제 금속 부재 부품의 설치 구조의 검토를 실시하였다. 시험편은, 도 4a, 도 5a에 도시하는 바와 같이 인렛 파이프를 모의한 페라이트계 스테인리스제 강관(21)의 외면 및 내면에 급유구 부재(금속 부재 부품)를 모의한 Al 도금 스테인리스제 강관(22)을 4점의 스폿 용접부(24)에 의해 용접하여 간극부(23)를 형성한 것을 사용하였다. 페라이트계 스테인리스제 강관(21)은 성분으로서 표 1-1의 No.E01을 사용하고, 형상은 φ50×50L×0.8t㎜이다. Al 도금 스테인리스제 강관(22)으로서 표 2의 No.A3을 사용하고, Al 도금 부착량은 49g/㎠로 하였다. Al 도금 스테인리스제 강관(22)의 형상은, 도 4a, 도 4b의 구조 I와 같이, 페라이트계 스테인리스제 강관(21)의 외면에 Al 도금 스테인리스제 강관(22)을 용접하는 경우에는 φ52×50L×0.8t㎜로 하고, 도 5a, 도 5b의 구조 II와 같이, 페라이트계 스테인리스제 강관(21)의 내면에 Al 도금 스테인리스제 강관(22)을 용접하는 경우에는 φ48×50L×0.8t㎜로 하였다. Al 도금 스테인리스제 강관(22)을 설치하기 위한 용접부(24) 위치(설치 위치(27))를 페라이트계 스테인리스제 강관(21)의 단부로부터 0 내지 20㎜로 변화시켰다.

시험편에는 양이온 전착 도장을 실시하였다. 양이온 전착 도장에 있어서, 도료는 닛폰 페인트(주) 제조 PN-110을 사용하고, 욕 온도 28℃, 도장 전압 170V로 통전하여, 도막 두께가 일반부(페라이트계 스테인리스제 강관(21) 표면과 Al 도금 스테인리스제 강관(22) 표면 중, 간극부(23) 이외의 부분)에 있어서 30㎛가 되도록 조건 선정하였다. 베이킹 조건은, 170℃×20분으로 하였다. 도막 두께는 전자막 두께 측정기를 사용해서 1시료에 대해서 5점 측정하고, 그 평균값을 막 두께로 하였다. 또한, 일부의 시험편에 대하여 전착 도장 후에 용접 너깃을 천공하여 간극부의 내부를 관찰하고, 간극부의 내부에 도막이 형성되지 않는 것을 확인하였다.

이들 간극 시험편의 염해 내식성 평가 시험으로서, 상기와 마찬가지로 JASO모드의 복합 사이클 부식 시험(JASO-M609-91 규정의 사이클 부식 시험(염수 분무: 5％ NaCl 분무, 35℃×2Hr, 건조: 상대 습도 20％, 60℃×4Hr, 습윤: 상대 습도 90％, 50℃×2Hr의 반복))을 사용하였다. 시험 기간은 500사이클로 하였다. 또한, 시험 중에는 도 4b, 도 5b에 도시하는 바와 같이 강관의 상하 2군데에 실리콘 마개(25)로 덮개를 덮고, 용출된 Al의 액이 페라이트계 스테인리스강관(21) 내부로 자연스럽게 유입되지 않도록 하였다.

시험 종료 후, 페라이트계 스테인리스강관(21) 내부로의 Al 부식 생성물의 침입 유무를 평가하였다.

시험 결과를 표 4에 나타낸다. 모두 부식에 의한 천공은 보이지 않았지만, 구조 II에서는 소모된 Al 도금부로부터 페라이트계 스테인리스강관 내로 Al 부식 생성물이 침입하고 있었다. 또한, 구조 I이며 또한 설치 위치(27)가 페라이트계 스테인리스제 강관(21)의 단부로부터 5㎜ 미만인 경우, 강관의 단면이 부식되어, 단부와 실리콘 마개 사이의 간극으로부터 페라이트계 스테인리스강관 내로 Al 부식 생성물이 침입하고 있었다. 따라서, 구조 I이며 또한 설치 위치(27)가 페라이트계 스테인리스제 강관(21)의 단부로부터로부터 5㎜ 이상인 경우, 페라이트계 스테인리스강관에 Al 부식 생성물이 침입하지 않는 것을 알 수 있다.

이상, 정리하면, 페라이트계 스테인리스강을 소재로 한 부재와, 부재에 설치되는 Al 도금 스테인리스 강판으로 성형된 금속 부재 부품의 사이에 있어서, 염해 환경에 노출되는 간극 구조부를 갖고, 간극 구조부의 간극부에 닿는 면에 있어서의 금속 부재 부품의 Al 도금 부착량이 20g/㎡ 이상 150g/㎡ 이하이고, 적어도 간극부 이외의 부재 및 금속 부재 부품의 표면이 두께 5 내지 35㎛의 양이온 전착 도막으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차용 부재로 함으로써, 간극부의 개구량의 여하에 불구하고, 틈새 부식을 유효하게 방지하는 것을 가능하게 한다. 부재와 금속 부재 부품의 설치에 대해서는, 양자가 서로 전기 전도성을 가질 정도로 고착되어 있으면 충분하다. 또한, 본 발명을 급유구부에 적용하는 경우에는, 인렛 파이프(강관 부재)의 외면이며 또한 단면으로부터 5㎜ 이상 이격된 위치에 금속 부재 부품을 용접하면 바람직하다. 이에 의해, 인렛 파이프 내에 Al 부식 생성물의 침입을 방지할 수 있다는 효과도 발휘할 수 있다.

이어서, 상기 본 발명의 자동차용 부재의 제조 방법에 대하여 설명한다. 먼저, 페라이트계 스테인리스강을 소재로 한 부재에, Al 도금 부착량이 20g/㎡ 이상 150g/㎡ 이하인 Al 도금 스테인리스 강판으로 성형된 금속 부재 부품을 설치한다. 부재와 금속 부재 부품의 설치를 용접 혹은 경납땜에 의해 행하면 바람직하다. 부재와 금속 부재 부품의 설치부 근방에는 간극부가 형성된다. 이 간극부는 염해 환경에 노출되는 장소에 위치한다. 또한, 간극부를 포함하는 부분을 간극 구조부라고 한다. 이에 의해, 부재에 설치되는 Al 도금 스테인리스 강판으로 성형된 금속 부재 부품과의 사이에 있어서, 염해 환경에 노출되는 간극 구조부를 형성한다. 다음으로 양이온 전착 도장을 행하고, 금속 부재 부품과 부재의 표면을 두께 5 내지 35㎛의 양이온 전착 도막으로 피복한다. Al 도금을 부착한 금속 부재 부품을 부재에 설치하므로, 설치부 부근에 형성되는 간극부가 닿는 면에 있어서의 금속 부재 부품의 Al 도금 부착량이 20g/㎡ 이상 150g/㎡ 이하가 된다. 본 발명의 자동차용 부재는 또한, 이상과 같이 제조되어 이루어지는 자동차용 부재이다.

상기 부재로서 강관을 성형한 강관 부재를 사용함으로써, 본 발명의 자동차용 부재를 급유관으로서 적합하게 사용할 수 있다.

이어서, 부재, 강관 부재의 소재에 대하여 설명한다. 여기에서 말하는 강관 부재란, 내부에 연료 가스가 충만한 메인 파이프(인렛 파이프)나 브리더 튜브 등의 파이프 형상의 부재를 의미한다. 또한 금속 부재 부품에 대해서도, 하기에서 설명하는 소재를 사용하면 바람직하다.

본 발명에서는, SUS436L과 동등 혹은 합금 원소 함유량이 적절하게 적은 소재인 것에 특징을 갖게 한다. 구체적으로는, 이하의 조성을 포함하는 페라이트계 스테인리스강을 소재로 한다. 이하, 함유량의 ％는 질량％를 의미한다.

C, N: C 및 N은, 용접 열 영향부에 있어서의 입계 부식의 원인이 되는 원소이며, 내식성을 열화시킨다. 또한, 냉간 가공성을 열화시킨다. 이 때문에, C, N의 함유량은 가급적 저레벨로 제한해야 하며, C, N의 상한은 0.015％로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.010％이다. 또한, 하한값은 특별히 규정하는 것은 아니지만, 정련 비용을 고려하여, C: 0.0010％, N: 0.0050％로 하는 것이 좋다.

Cr: Cr은 가열 후 내식성을 확보하는 기본적 원소이며 적량의 함유가 필수적이어서, Cr 함유량의 하한을 10.5％로 할 필요가 있다. Cr 함유량의 바람직한 하한은 13.0％이고, 보다 바람직하게는 16.0％이다. 한편, 가공성을 열화시키는 원소라는 것과 합금 비용 억제의 관점에서 상한 함유량을 18.0％로 설정하는 것이 좋다. Cr 함유량의 바람직한 상한은 17.5％이다. 본 발명에 있어서는, 보다 저급의 소재를 추구하는 관점에서는, Cr은 13.0％ 미만이 좋고, 보다 바람직하게는 12.0％ 이하이다.

Ti, Nb: Ti 및 Nb는 C, N을 탄질화물로서 고정하여 입계 부식을 억제하는 작용을 갖는다. 이로 인해, Ti와 Nb의 한쪽 또는 양쪽을 함유시키지만, 과잉으로 함유시켜도 효과는 포화되기 때문에, 각각의 함유량의 상한을 0.30％로 한다. 여기에 있어서, Ti와 Nb 중 적어도 한쪽의 함유량이 0.03％ 이상이면 효과를 발휘할 수 있다. 또한, Ti, Nb의 적정 함유량으로서는, 양쪽 원소의 합계량이 C, N 합계 함유량의 5배량 이상이며 또한 30배량 이하가 좋다. 바람직하게는, Ti, Nb 합계 함유량이 C, N 합계 함유량의 10배 이상으로 하는 것이 좋다. 또한 25배 이하로 하는 것이 좋다.

Si: Si는 정련 공정에서의 탈산 원소로서 유용하고 0.01％를 하한으로서 함유시킨다. 바람직한 하한은 0.10％이다. 한편, 가공성을 열화시키기 위해 다량으로 함유시켜서는 안되고 상한을 0.80％로 제한하는 것이 좋다. 바람직한 상한은 0.50％이다.

Mn: Mn도 탈산 원소, S 고정 원소로서 0.01％ 이상을 함유시키지만, Mn도 가공성을 열화시키기 위해 다량으로 함유시켜서는 안되고 상한을 0.80％로 제한하는 것이 좋다. 바람직한 하한은 0.10％이다. 바람직한 상한은 0.50％이다.

P: P는 가공성을 현저하게 열화시키는 원소이며 불순물 원소이다. 이로 인해, P의 함유량은 가급적 저레벨이 바람직하다. 허용 가능한 함유량의 상한을 0.050％로 한다. 바람직한 P의 상한값은 0.030％이다. 또한, 하한값은 특별히 규정하는 것은 아니지만, 정련 비용을 고려하여, 0.010％로 하는 것이 좋다.

S: S는 내식성을 열화시키는 원소이며 불순물 원소이다. 이 때문에 S의 함유량은 가급적으로 저레벨이 바람직하다. 허용 가능한 S 함유량의 상한을 0.010％로 한다. 바람직한 S 함유량의 상한값은 0.0050％이다. 또한, 하한값은 특별히 규정하는 것은 아니지만, 정련 비용을 고려하여, 0.0005％로 하는 것이 좋다.

Al: Al은 탈산 원소로서 유용하고, 0.010％ 이상을 함유시키지만, 가공성을 열화시키기 위해 다량으로 함유시켜서는 안되며 상한을 0.100％로 제한하는 것이 좋다. 바람직하게는, 함유량의 상한을 0.080％로 하는 것이 좋다.

Mo: Mo는, 부동태 피막의 보수에 효과가 있고, 녹 발생에 대한 내성과 부식 진전에 대한 내성을 향상시키는 데 매우 유효한 원소이며 특히 Cr과의 조합으로 내공식성을 향상시키는 효과가 있다. Mo를 증가시키면 내식성은 향상되기 때문에, 적어도 0.3％ 초과가 필요하지만, 동시에 가공성을 저하시키고, 또한 비용이 높아지기 때문에 상한을 1.5％로 한다. 바람직한 하한은 0.6％이다. 바람직한 상한은 1.1％이다.

상기 원소에 더하여, 강의 여러 특성을 조정할 목적으로 이하의 합금 원소가 함유되어 있어도 된다.

B: B는 2차 가공 취화나 열간 가공성 열화를 방지하는 데 유용한 원소이며, 내식성에는 영향을 주지 않는 원소이다. 이 때문에 0.0002％를 하한으로 하여 B를 함유시키지만, 0.0050％를 초과하면 오히려 열간 가공성이 열화되므로, 상한을 0.0050％로 하는 것이 좋다. 바람직하게는, B 함유량의 상한을 0.0020％로 하는 것이 좋다.

Sn: Sn은 미량의 함유로 내식성을 향상시키는 데 유용한 원소이며, 염가성을 손상시키지 않는 범위에서 함유시킨다. Sn 함유량 0.01％ 미만에서는 내식성 향상 효과는 발현되지 않고, 0.50％를 초과하면 비용 증가가 현재화됨과 함께 가공성도 저하되므로, 함유량 0.01 내지 0.50％를 적정 범위로 한다. 바람직하게는 하한을 0.05％로 하는 것이 좋다. 바람직하게는 상한을 0.30％로 하는 것이 좋다.

이상 설명한 각 원소 이외에도, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서 하기의 원소를 함유시킬 수 있다.

Cu, Ni: Cu, Ni는 부식이 진행되었을 때의 부식 속도를 억제하는 효과가 있고, 0.01 내지 0.5％가 바람직하다. 단 과잉 첨가는 가공성을 저감시키므로 바람직한 상한은 0.3％이다.

Sb, Zr, Co, W: Sb, Zr, Co, W도, 내식성을 향상시키기 위해 필요에 따라서 첨가시킬 수 있다. 이것들은 부식 속도를 억제하는 데 중요한 원소이지만, 과잉 첨가는 제조성 및 비용을 악화시키기 때문에, 그 범위를 모두 0.005 내지 0.5％로 하였다. 보다 바람직한 하한은 0.05％이다. 보다 바람직한 상한은 0.4％이다.

V: V는 빈틈 부식에 대한 내성을 개선하기 위해, 필요에 따라서 첨가할 수 있다. 단 V의 과도한 첨가는 가공성을 저하시키는 데다가, 내식성 향상 효과도 포화되기 때문에, V의 하한을 0.03％, 상한을 0.5％로 한다. 보다 바람직한 하한은 0.05％이다. 보다 바람직한 상한은 0.30％이다.

Ga, Ta: Ga, Ta는 내식성 및 가공성 향상에 기여하는 원소이며, 0.001 내지 0.05％의 범위에서 함유시킬 수 있다.

상기 조성을 포함하는 스테인리스강은, 전로나 전기로 등에서 용제, 정련된 강편을 열간 압연, 산세, 냉연, 어닐링, 마무리 산세 등을 실시하는 통상의 스테인리스 강판의 제조 방법에 의해 강판으로서 제조된다. 또한, 필요에 따라 열연 후에 열연판 어닐링을 추가해도 된다. 또한, 이 강판을 소재로 하여 전기 저항 용접, TIG 용접, 레이저 용접 등의 통상의 스테인리스강관의 제조 방법에 의해 용접관으로서 제조된다.

이 스테인리스강관은, 굽힘 가공, 관 확장 가공, 드로잉 가공과 같은 냉간에서의 소성 가공이나 스폿 용접, 프로젝션 용접, MIG 용접, TIG 용접과 같은 용접이나 경납땜, 혹은 볼트 너트에 의한 다양한 금속 부재의 설치 등의 통상의 성형, 조립 공정을 거쳐서 급유관에 성형된다.

또한, 금속 부재 부품의 소재인 Al 도금 스테인리스 강판으로서는, Mo: 0.005 내지 1.5％이며, Mo 이외의 성분에 대해서는 강관 부재와 동일한 조성 범위의 페라이트계 스테인리스강인 것이 바람직하고, 적어도 강관 부재보다도 합금 함유량이 많은 고내식성 재료일 필요는 없다.

금속 부재 부품의 소재 중에 함유하는 Mo는 부동태 피막의 보수에 효과가 있고, 녹 발생에 대한 내성과 부식 진전에 대한 내성을 향상시키는 데 매우 유효한 원소이며 특히 Cr과의 조합으로 내공식성을 향상시키는 효과가 있다. Mo를 증가시키면 내식성은 향상된다. 도금의 소재로서 적용하는 경우, 도금에 의한 방식 효과가 더해지기 때문에, 도금을 갖지 않는 페라이트계 스테인리스제 부재에 비하여 하한값이 작고, 0.005％ 이상 필요하다. 그러나, 과도한 첨가는, 가공성을 저하시키고, 비용이 높아지기 때문에, 상한을 1.5％로 한다. 비용을 고려한 경우, 바람직한 상한은 0.60％이다. 염해가 경미한 환경이라면, 상한은 0.30％가 바람직하다.

금속 부재 부품의 소재 중에 함유하는 Mo 이외의 성분 함유량의 한정 이유에 대해서는, 상기 강관 부재의 성분 한정 이유와 동일하다.

[실시예]

실시예에 기초하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 우선은, 페라이트계 스테인리스강의 성분, Al 도금 스테인리스 강판의 Al 도금 부착량, 양이온 전착 도장 막 두께에 대하여 설명한다.

표 1-1, 표 1-2에 나타내는 조성의 페라이트계 스테인리스강을 150㎏ 진공 용해로에서 용제하여, 50kg 강괴로 주조한 후, 열연-열연판 어닐링-산세-냉연-어닐링-마무리 산세의 공정을 거쳐 판 두께 0.8㎜의 강판을 제작하였다. 이 강판 소재로부터, t0.8×70×150㎜ 사이즈의 대판을 채취하였다. 대판은 부재, 또는 강관 부재(급유관 본체)를 모의한 것이다. 또한, 표 1-2 중에서, No.X8, X9, X10, X12는, Si, Mn, P, Al이 과다하고, 냉간 압연 시에 귀부(에지) 깨짐이 발생했기 때문에, 가공성이 불충분하다고 판단하여, 이후의 내식성 시험에는 제공하지 않았다.

또한, 표 2에 나타내는 조성의 페라이트계 스테인리스강을 전로 용제하여 주조-열연-열연판 어닐링-산세-냉연-어닐링-마무리 산세-용융 Al 도금의 공정을 거쳐 판 두께 0.8㎜의 Al 도금 스테인리스 강판을 제조하였다. 이 Al 도금 스테인리스 강판 소재으로부터, t0.8×40×40㎜ 사이즈의 소판를 채취하였다. 소판은 금속 부재 부품을 모의한 것이다.

대판 위에 소판를 겹치고, 중앙부에 1점 스폿 용접을 실시하여 간극 시험편을 제작하였다. 대판과 소판이 접하여 대면하는 부분이 간극부를 구성한다.

간극 시험편에 양이온 전착 도장을 실시하고, 그 후에 염해 부식 시험에 제공하였다. 양이온 전착 도장에 있어서, 도료는 닛폰 페인트(주) 제조 PN-110을 사용하고, 욕 온도 28℃, 도장 전압 170V로 통전하여, 도막 두께가 일반부에 있어서 2 내지 40㎛가 되도록 조건 선정하였다. 베이킹 조건은, 170℃×20분으로 하였다. 도막 두께는 전자막 두께 측정기를 사용해서 1시료에 대해서 5점 측정하고, 그 평균값을 막 두께로 하였다. 간극 시험편의 간극부는 No.40을 제외하고 개구량이 근소하기 때문에, 간극부의 내부에는 전착 도막이 형성되지 않고, 대판의 간극부 내부에 대해서는 스테인리스강의 소지가 노출되어 있어, 소판의 간극부 내부에 대해서는 Al 도금막이 노출된 상황이다.

이들 간극 시험편의 염해 내식성 평가 시험으로서, JASO 모드의 복합 사이클 부식 시험(JASO-M609-91 규정의 사이클 부식 시험(염수 분무: 5％ NaCl 분무, 35℃×2Hr, 건조: 상대 습도 20％, 60℃×4Hr, 습윤: 상대 습도 90％, 50℃×2Hr의 반복))을 사용하였다. 시험 기간은 500사이클로 하였다. 시험 종료 후, 용접 너깃을 천공하여 간극 시험편을 해체하고, 녹 제거 처리를 실시한 후, 대판의 간극부 내부의 부식 깊이를 현미경 초점 심도법에 의해 측정하였다. 1시험편당 10점의 측정을 행하고, 그 최댓값을 샘플의 대표값으로 하였다. 만족할만한 내식성으로서는, 최대 부식 깊이가 판 두께의 1/2 미만(400㎛)인 것을 목표로 하였다.

시험 수준과 시험 결과를 표 3-1, 표 3-2에 나타낸다.

[표 1-1]

[표 1-2]

[표 2]

[표 3-1]

[표 3-2]

본 발명예의 No.1 내지 39는 모두 최대 부식 깊이가 400㎛ 이하이며 양호하였다. No.40은, No.1과 동일한 조건이지만, 의도적으로 간극부의 개구량을 0.2㎜로 크게 한 예이다. 개구부의 형성은 특허문헌 4의 단락 [0042]의 방법에 기초하여 실시하였다. 간극 내부에도 도막이 형성된 조건이었지만, 대판의 간극부가 전착 도장에 의해 피복된 결과, 양호한 내식성을 확보할 수 있었다.

비교예 No.128은, 소재로서 SUS436L를 사용하고, 소판에 Al 도금을 실시하지 않았을 경우의 시험 결과이다. 대판, 소판 모두 E31(SUS436L)이며, 전착 도장도 실시되어 있지만, 틈새 부식에 의해 판 두께를 관통하고 있어 금회의 부식 시험이 충분히 과혹하다는 것을 알 수 있다. 또한, No.129(참고예)는 간극부의 개구량이 컸던 예이며, 개구부의 형성은 특허문헌 4의 단락 [0042]의 방법에 기초하여 실시하였다. 간극 개구량을 0.2㎜로 하였다. 간극 내부에도 도막이 형성된 결과, Al 도금 부착량은 본 발명의 범위 외(하한 벗어남)였지만, 간극부가 전착 도장에 의해 피복된 결과, 필요한 내식성을 확보할 수 있음이 확인되었다.

이러한 부식 시험에 있어서도, 본 발명 No.1 내지 39는 Al 도금의 희생 방식 작용과 전착 도막의 Al 소모 억제 작용에 의해 만족할만한 내식성이 얻어졌다.

한편, 비교예 No.101 내지 111은 전착 도막 두께가 불충분해서, 비교예 No.112 내지 115는 Al 도금 부착량이 불충분하기 때문에, 만족할만한 내식성이 얻어지지 않았다. 또한, 비교예 No.118 내지 121, 124, 127은 대판의 조성이 본 발명 범위를 벗어나 있기 때문에 내식성이 불충분하다. 또한, 비교예 No.116은, Al 도금 부착량이 과도하여 고비용이 되었지만, 부착량이 보다 소량인 본 발명 No.12, 14와 동등한 내식성에 머물렀다. 또한, 비교예 No.117은 전착 도막 두께가 과다하여 고비용이 되었지만, 막 두께가 보다 얇은 본 발명 No.17과 동등한 내식성에 머물렀다. 또한, 비교예 No.122, 123, 125, 126은, 각각 대판 소재의 Ti, Nb가 과도하여 고비용이 되었지만, 동등 Cr양으로 Ti, Nb가 보다 적은 소재를 사용한 본 발명 No.17, 7, 11, 1과 동등한 내식성에 머물렀다.

또한, 페라이트계 스테인리스제 강관 부재에의 Al 도금 스테인리스강제 금속 부재 부품의 설치 구조에 대하여 설명한다.

표 1-1의 E01에 나타내는 조성의 페라이트계 스테인리스강을 150㎏ 진공 용해로에서 용제하고, 50kg 강괴로 주조한 후, 열연-열연판 어닐링-산세-냉연-어닐링-마무리 산세의 공정을 거쳐 판 두께 0.8㎜의 강판을 제작하였다. 이 강판 소재로, φ50×50×t0.8㎜ 사이즈의 강관을 심 용접에 의해, 페라이트계 스테인리스제 강관(21)을 제작하였다. 페라이트계 스테인리스제 강관(21)은 인렛 파이프를 모의한 것이다. 또한, 표 2의 A3에 나타내는 조성의 페라이트계 스테인리스강을 전로 용제하여 주조-열연-열연판 어닐링-산세-냉연-어닐링-마무리 산세-용융 Al 도금의 공정을 거쳐 판 두께 0.8㎜의 Al 도금 스테인리스 강판을 제조하였다. Al 도금 부착량은 49g/㎠로 하였다. 이 Al 도금 스테인리스 강판 소재로, φ48×50×t0.8㎜ 및 φ52×50×t0.8㎜ 사이즈의 부품을 펀칭해 가공과 프레스 성형에 의해, Al 도금 스테인리스제 강관(22)을 제작하였다. Al 도금 스테인리스제 강관(22)은 금속 부재 부품을 모의한 것이다.

제작한 3종류의 강관을 도 4a, 도 5a와 같이, 페라이트계 스테인리스제 강관(21)의 외부 및 내부에 Al 도금 스테인리스제 강관(22)을 페라이트계 스테인리스제 강관(21)의 단부(26)로부터 0 내지 20㎜의 위치의 외주를 따른 설치 위치(27)에 있어서 4점의 스폿 용접(용접부(24))에 의해 간극이 부여된 시험편을 제작하였다. 페라이트계 스테인리스제 강관(21)과 Al 도금 스테인리스제 강관(22)이 접하여 대면하는 부분이 간극부(23)를 구성한다.

간극 시험편에는, 양이온 전착 도장을 실시하였다. 양이온 전착 도장에 있어서, 도료는, 닛폰 페인트(주) 제조 PN-110을 사용하고, 욕 온도 28℃, 도장 전압 170V로 통전하고, 도막 두께가 일반부에 있어서 30㎛가 되도록 조건 선정하였다. 베이킹 조건은, 170℃×20분으로 하였다. 도막 두께는 전자막 두께 측정기를 사용해서 1시료에 대해서 5점 측정하고, 그 평균값을 막 두께로 하였다. 간극 시험편의 간극부(23)는 개구량이 근소하기 때문에, 간극부(23)의 내부에는 전착 도막이 형성되지 않고, 페라이트계 스테인리스제 강관(21)의 간극부 내부에 대해서는 스테인리스강의 소지가 노출되어 있어, Al 도금 스테인리스제 강관(22)의 간극부 내부에 대해서는 Al 도금막이 노출된 상황이다.

이들 간극 시험편에 도 4b, 도 5b에 도시하는 바와 같이 강관의 상하 2군데에 실리콘 마개(25)로 내부를 밀폐하고, 45°로 기울인 자세로 염해 부식성 시험에 제공하였다. 염해 내식성 평가 시험으로서, JASO 모드의 복합 사이클 부식 시험(JASO-M609-91 규정의 사이클 부식 시험(염수 분무: 5％ NaCl 분무, 35℃×2Hr, 건조: 상대 습도 20％, 60℃×4Hr, 습윤: 상대 습도 90％, 50℃×2Hr의 반복))을 사용하였다. 시험 기간은 500사이클로 하였다. 시험 종료 후, 실리콘 마개를 벗기고, 페라이트계 스테인리스제 강관 내부로의 Al 부식 생성물의 침입 유무를 확인하였다.

시험 수준과 시험 결과를 표 4에 나타낸다. 어느 시험편도 페라이트계 스테인리스강관에 천공은 보이지 않았다. 즉, 표 4에 나타내는 모든 본 발명예, 참고예 모두, 본 발명의 효과를 발휘하고 있다.

[표 4]

본 발명예의 No.a 내지 d는, 구조 I이며 또한 설치 위치(27)가 페라이트계 스테인리스강관의 단부(26)로부터 5㎜ 이상이고, 모두 페라이트계 스테인리스제 강관 내부에 Al의 부식 생성물의 침입을 확인할 수 없었다.

No.1a, 1b(참고예)는 구조 I인데 설치 위치(27)가 페라이트계 스테인리스강관의 단부(26)로부터 5㎜ 미만이고, 액체 저류에 의해, 강관의 단면이 부식되고, 단부와 실리콘 마개의 간극으로부터 페라이트계 스테인리스강관 내로 Al 부식 생성물이 침입되어 있었다. 비교예 1c 내지 1g는 구조 II이며, 소모된 Al 도금부로부터 페라이트계 스테인리스강관 내로 Al 부식 생성물이 침입되어 있었다.

이러한 부식 시험에 있어서, 본 발명 No.a 내지 d는, Al 도금의 희생 방식 작용과 전착 도막의 Al 소모 억제 작용에 의해 만족할만한 내식성이 얻어져, 페라이트계 스테인리스강관 내로의 Al 부식 생성물의 침입이 없음을 확인할 수 있었다.

1: 강관 부재
1a: 메인 파이프(인렛 파이프)
1b: 브리더 튜브
2: 금속 부재 부품
3: 간극부
4: 용접부
11: 강관 부재(인렛 파이프)
12: 금속 부재 부품(캡 프로텍터)
13: 간극부
14: 용접부
21: 페라이트계 스테인리스제 강관
22: Al 도금 스테인리스제 강관
23: 간극부
24: 용접부
25: 실리콘 마개
26: 단부
27: 설치 위치

Claims

질량％로, C≤0.015％, N≤0.015％, Cr: 10.5 내지 18.0％, Si: 0.01 내지 0.80％, Mn: 0.01 내지 0.80％, P≤0.050％, S≤0.010％, Al: 0.010 내지 0.100％, Mo: 0.3％ 초과 내지 1.5％를 함유하고, 또한, Ti≤0.30％, Nb≤0.30％이며 0.03％≤Ti와 0.03％≤Nb의 한쪽 또는 양쪽을 충족하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하는 페라이트계 스테인리스강을 소재로 한 Al 도금을 갖지 않는 부재에, Al 도금 부착량이 20g/㎡ 이상 150g/㎡ 이하인 Al 도금 스테인리스 강판으로 성형된 금속 부재 부품을 용접 혹은 경납땜에 의해 설치하고, 상기 부재에 설치되는 Al 도금 스테인리스 강판으로 성형된 상기 금속 부재 부품과의 사이에 있어서, 염해 환경에 노출되는 간극 구조부를 형성하고, 이어서, 상기 금속 부재 부품과 부재의 표면에 두께 5 내지 35㎛의 양이온 전착 도막을 피복하는 것을 특징으로 하는, 자동차용 부재.
제1항에 있어서,
상기 부재의 소재는 질량％로, 또한 B: 0.0002 내지 0.0050％, Sn: 0.01 내지 0.50％ 중 어느 1종 또는 2종을 포함하는 제1군,
Cu: 0.01 내지 0.5％, Ni: 0.01 내지 0.5％, Sb: 0.005 내지 0.5％, Zr: 0.005 내지 0.5％, Co: 0.005 내지 0.5％, W: 0.005 내지 0.5％, V: 0.03 내지 0.5％, Ga: 0.001 내지 0.05％, Ta: 0.001 내지 0.05％ 중 어느 1종 또는 2종 이상을 포함하는 제2군 중, 적어도 어느 하나의 군을 함유하는 것을 특징으로 하는, 자동차용 부재.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 금속 부재 부품의 소재의 조성이, 질량％로 Mo: 0.005 내지 1.5％이며, Mo 이외의 성분에 대해서는 Al 도금을 갖지 않는 부재의 소재와 동일한 조성 범위의 페라이트계 스테인리스강인 것을 특징으로 하는, 자동차용 부재.
질량％로, C≤0.015％, N≤0.015％, Cr: 10.5 내지 18.0％, Si: 0.01 내지 0.80％, Mn: 0.01 내지 0.80％, P≤0.050％, S≤0.010％, Al: 0.010 내지 0.100％, Mo: 0.3％ 초과 내지 1.5％를 함유하고, 또한, Ti≤0.30％, Nb≤0.30％이며 0.03％≤Ti와 0.03％≤Nb의 한쪽 또는 양쪽을 충족하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하는 페라이트계 스테인리스강을 소재로 한 강관을 성형한 Al 도금을 갖지 않는 강관 부재의 외주부의 연료에 접하는 경우가 없는 위치에, Al 도금 부착량이 20g/㎡ 이상 150g/㎡ 이하인 Al 도금 스테인리스 강판으로 성형된 금속 부재 부품을 용접 혹은 경납땜에 의해 설치하고, 상기 강관 부재에 설치되는 Al 도금 스테인리스 강판으로 성형된 상기 금속 부재 부품과의 사이에 있어서, 염해 환경에 노출되는 간극 구조부를 형성하고, 이어서, 상기 금속 부재 부품과 상기 강관 부재의 표면에 두께 5 내지 35㎛의 양이온 전착 도막을 피복하는 것을 특징으로 하는, 급유관.
제4항에 있어서,
상기 강관 부재의 소재는 질량％로, 또한 B: 0.0002 내지 0.0050％, Sn: 0.01 내지 0.50％ 중 어느 1종 또는 2종을 포함하는 제1군,
Cu: 0.01 내지 0.5％, Ni: 0.01 내지 0.5％, Sb: 0.005 내지 0.5％, Zr: 0.005 내지 0.5％, Co: 0.005 내지 0.5％, W: 0.005 내지 0.5％, V: 0.03 내지 0.5％, Ga: 0.001 내지 0.05％, Ta: 0.001 내지 0.05％ 중 어느 1종 또는 2종 이상을 포함하는 제2군 중, 적어도 어느 하나의 군을 함유하는 것을 특징으로 하는, 급유관.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 금속 부재 부품의 소재의 조성이, 질량％로 Mo: 0.005 내지 1.5％이며, Mo 이외의 성분에 대해서는 강관 부재의 소재와 동일한 조성 범위의 페라이트계 스테인리스강인 것을 특징으로 하는, 급유관.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강관 부재는 인렛 파이프이고, 상기 금속 부재 부품은, 원뿔대 형상이며, 원뿔이 작은 원주부에 있어서 상기 강관 부재의 외주에 설치되고, 당해 설치 위치는 인렛 파이프의 단부로부터 5㎜ 이상 이격된 위치의 외주부에 있는 급유구 구조를 갖는, 급유관.
질량％로, C≤0.015％, N≤0.015％, Cr: 10.5 내지 18.0％, Si: 0.01 내지 0.80％, Mn: 0.01 내지 0.80％, P≤0.050％, S≤0.010％, Al: 0.010 내지 0.100％, Mo: 0.3％ 초과 내지 1.5％를 함유하고, 또한, Ti≤0.30％, Nb≤0.30％이며 0.03％≤Ti와 0.03％≤Nb의 한쪽 또는 양쪽을 충족하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하는 페라이트계 스테인리스강을 소재로 한 Al 도금을 갖지 않는 부재와, 상기 부재에 설치되는 Al 도금 스테인리스 강판으로 성형된 금속 부재 부품과의 사이에 있어서, 염해 환경에 노출되는 간극 구조부를 갖고, 상기 간극 구조부의 간극부에 닿는 면에 있어서의 상기 금속 부재 부품의 Al 도금 부착량이 20g/㎡ 이상 150g/㎡ 이하이고, 상기 간극 구조부 이외의 부재 및 상기 금속 부재 부품의 표면이 두께 5 내지 35㎛의 양이온 전착 도막으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는, 자동차용 부재.
제8항에 있어서,
상기 부재의 소재는 질량％로, 또한 B: 0.0002 내지 0.0050％, Sn: 0.01 내지 0.50％ 중 어느 1종 또는 2종을 포함하는 제1군,
Cu: 0.01 내지 0.5％, Ni: 0.01 내지 0.5％, Sb: 0.005 내지 0.5％, Zr: 0.005 내지 0.5％, Co: 0.005 내지 0.5％, W: 0.005 내지 0.5％, V: 0.03 내지 0.5％, Ga: 0.001 내지 0.05％, Ta: 0.001 내지 0.05％ 중 어느 1종 또는 2종 이상을 포함하는 제2군 중, 적어도 어느 하나의 군을 함유하는 것을 특징으로 하는, 자동차용 부재.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 금속 부재 부품의 소재의 조성이, 질량％로 Mo: 0.005 내지 1.5％이며, Mo 이외의 성분에 대해서는 Al 도금을 갖지 않는 부재의 소재와 동일한 조성 범위의 페라이트계 스테인리스강인 것을 특징으로 하는, 자동차용 부재.
질량％로, C≤0.015％, N≤0.015％, Cr: 10.5 내지 18.0％, Si: 0.01 내지 0.80％, Mn: 0.01 내지 0.80％, P≤0.050％, S≤0.010％, Al: 0.010 내지 0.100％, Mo: 0.3％ 초과 내지 1.5％를 함유하고, 또한, Ti≤0.30％, Nb≤0.30％이며 0.03％≤Ti와 0.03％≤Nb의 한쪽 또는 양쪽을 충족하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하는 페라이트계 스테인리스강을 소재로 한 강관을 성형한 Al 도금을 갖지 않는 강관 부재의 외주부의 연료에 접하는 경우가 없는 위치와, 상기 강관 부재에 설치되는 Al 도금 스테인리스 강판으로 성형된 금속 부재 부품과의 사이에 있어서, 염해 환경에 노출되는 간극 구조부를 갖고, 상기 간극 구조부의 간극부에 닿는 면에 있어서의 상기 금속 부재 부품의 Al 도금 부착량이 20g/㎡ 이상 150g/㎡ 이하이고, 상기 간극 구조부 이외의 강관 부재 및 상기 금속 부재 부품의 표면이 두께 5 내지 35㎛의 양이온 전착 도막으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는, 급유관.
제11항에 있어서,
상기 강관 부재의 소재는 질량％로, 또한 B: 0.0002 내지 0.0050％, Sn: 0.01 내지 0.50％ 중 어느 1종 또는 2종을 포함하는 제1군,
Cu: 0.01 내지 0.5％, Ni: 0.01 내지 0.5％, Sb: 0.005 내지 0.5％, Zr: 0.005 내지 0.5％, Co: 0.005 내지 0.5％, W: 0.005 내지 0.5％, V: 0.03 내지 0.5％, Ga: 0.001 내지 0.05％, Ta: 0.001 내지 0.05％ 중 어느 1종 또는 2종 이상을 포함하는 제2군 중, 적어도 어느 하나의 군을 함유하는 것을 특징으로 하는, 급유관.
제11항 또는 12항에 있어서,
상기 금속 부재 부품의 소재의 조성이, 질량％로 Mo: 0.005 내지 1.5％이며, Mo 이외의 성분에 대해서는 강관 부재의 소재와 동일한 조성 범위의 페라이트계 스테인리스강인 것을 특징으로 하는, 급유관.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강관 부재는 인렛 파이프이고, 상기 금속 부재 부품은, 원뿔대 형상이며, 원뿔이 작은 원주부에 있어서 상기 강관 부재의 외주에 설치되고, 당해 설치 위치는 인렛 파이프의 단부로부터 5㎜ 이상 이격된 위치의 외주부에 있는 급유구 구조를 갖는, 급유관.