JPH03219055A - 耐食性の優れたエンジン排ガス系材料用ステンレス鋼 - Google Patents
耐食性の優れたエンジン排ガス系材料用ステンレス鋼Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
ス用マフラーやその前後の排気管内(以下総称してマフ
ラーという)で生成する湿潤ガス・排ガス凝縮液中で耐
食性、および局部腐食の発生停止特性の優れた性能を有
するステンレス鋼に関するものである。
高温の排気ガスは、エキゾーストマニホ−ルド、コンバ
ーターなどを通過後センターパイプ、マフラー、テール
パイプを経て排気系から排出される。エンジン始動時は
、マフラーの温度が低いために排ガス中の水分が凝縮し
た凝縮液がマフラー内壁面に付着し、また、マフラー底
部に滞留する。このように生成した凝縮液中には、燃焼
排気ガス中にCO3−、NH4” 、5O4−、N(h
−その他C1”や微量の有機物が含まれ、マフラーの耐
食性に影響する。その過程は、排気ガス温度の上昇と共
にマフラーの温度も上昇し、生成した凝縮液中に含まれ
るアンモニアなどが揮発するため、凝縮液の液性はアル
カリ性から酸性に変化していく。
リ性から酸性までの環境に対して耐食性を示すAffi
メツキ鋼板やCr含有鋼板が用いられてきた。
用条件も多様になってきた。このような使用条件に対し
ては、前記の鋼板で構成されたマフラーでも、充分な耐
食性を得ることはできず、比較的短時間で使用寿命に至
るのが現状であり、自動車の安全性、長寿命化の観点か
ら、より優れた耐食性材料が望まれていた。こうした要
求に対して、すでに5%から10%Cr含有鋼(特開昭
63−143240号公報、特開昭63−143241
号公報参照)が提案されているが、近年の長寿命化の要
望に応えきれていないのが現状である。
用されているマフラーの実態を詳細に(腐食形態・環境
分析など)解析し、その結果に基づいて得られた腐食環
境条件下でステンレス鋼の主要成分であるCr、Mo、
Ti、Nbの成分の影響、さらにNi、Cu、W、
V、 Zr、(:a、Ceのそれぞれ単独、あるいは共
存添加時の耐食性(局部腐食の発生・停止特性;以下耐
食性という)におよぼす影響を検討し、各元素の効果を
明確にすることにより、実際のマフラーへの適用におい
ても優れた耐食性を示し、当該機器の長寿命化・安全性
・環境汚染防止などを長期にわたって確保することを可
能にし、かつ造管装置も普通鋼製造プロセスを利用し、
薄板を製造することによりランクフォード(ti!(F
l、 7以上)を得ることにより板材、管材の加工性の
優れた自動車・オートバイなどのエンジン排ガス用ステ
ンレス鋼を提供することを目的とする。
と優れた耐食性と加工性を示すマフラーを開発すべく研
究を行った結果、以下のような知見によって達成できる
ことを明らかにした。
腐食形態がCr含有鋼はど局部腐食的となり、実験室的
に評価していくためには、この点を考慮した評価手法を
考慮する必要がある。
料を開発するため、先ず実走行された各地区のマフラー
を調査した。その結果、腐食による穴あき発生は、材料
の母地の局部腐食によるものと結晶粒界が腐食して穴あ
きに至るものの2種類あり、5UH409,5US43
0LX。
UH409(7)溶接部や5US430LXと5US4
36LのTi/C十Nが10未満およびNb/C+Nが
5未満の材料については溶接部に粒界腐食が発生するこ
とを見出した。そして、粒界腐食の原因は溶接冷却時に
結晶粒界に析出したCr、、C,近傍のCr欠乏層であ
ることがわかった。
果、母地のCr量は12.0%以上必要なこと、溶接部
に析出するCr23C,を防止するにはTi/C十Nが
10以上、およびNb/ C+ Nが5以上必要である
こと、また、本発明の特徴である造管時の加工性や造管
後の加工性を向上させる方法を探索した結果、Si含有
量を低くし、固溶Stによる硬化をできるだけ抑えるこ
とと普通鋼プロセスの大径ロールによる冷間圧延により
、従来のゼンジマープロセスでは得られない高ランクフ
ォード値(F)を有した薄板製造が可能であることを見
出した。また、TiおよびNb含有量は粒界腐食防止に
必要な量にとどめ、加工性や二次加工性を劣化させず、
また再結晶温度をできるだけ抑え、普通鋼ラインでも製
造できる量とすること等を考慮した。
12〜20.0%、 Mo;0.2〜3.0%の複合添
加を基本に、Nb;5X(C%+N%)〜0.5%、T
i;l0X(C%+N%)〜0.5%の1種または2種
を含有し、残部が実質的にFeと不可避的不純物からな
るステンレス鋼で、エンジン排ガス環境で優れた耐食性
と優れた加工性を示す。これにさらなる耐食性を付与す
るため、Ni;0.1〜1.0%。
0.5%、■;0.05〜0.5%、 Zr; 0.0
5〜1.0%をそれぞれ1種または2種以上を含有せし
めたエンジン排ガス環境用ステンレス鋼である。
なり得るMnS系介在物の生成を抑制し、耐食性を改善
するためにそれぞれ0.001%以上0.03%以下で
1種または2種を含有せしめたエンジン排ガス環境用ス
テンレス鋼である。
れに適した材料を開発していくためには、マフラー内の
環境を化学的に解析し、ステンレス鋼の腐食挙動に影響
する環境要因を明確にすべく、実環境をシミュレートし
た試験環境での耐食性評価を行う必要がある。
された内面付着物(腐食生成物)と凝縮液を化学的に解
析し、分析結果に基づいて模擬凝縮液を作製した。また
、マフラー内部の腐食挙動は、八!めっき鋼板の場合、
全面腐食的であるが、Cr含有量の高い鋼板の場合、局
部腐食的となることが明らかとなった。鋼中のCr含有
量が増加するに従って、腐食形態はより局部腐食的とな
ることから、この局部腐食性を評価することが重要であ
る。
を硫酸イオン(5000pp僧) 、炭酸イオン(30
00ppm) 、塩化物イオン(1000pp−)、硝
酸イオン(100ppm)、ギ酸(100ppm)を所
定の量添加調整して凝縮液環境シミュレート液を作製し
た。
%から20.0%までのCr含有鋼とさらに、Mo含有
量を0.2%から3%まで変化させた鋼種、およびこれ
にTi、Nb、Ni、Cu、W、 V、 Zr、Ca
+Ceの含有量をそれぞれ変化させた鋼種により試験を
実施した。得られた局部腐食特性値(局部腐食発生特性
値:El)の各合金成分の依存性を多重回帰解析するこ
とにより(局部腐食発生特性値:EIは、合金成分依存
性の形で、El =A+B −CIで整理された)新し
く局部腐食発生抑制に対する各合金成分の依存性を示す
指標として、C1値=Cr+2.0Moの関係を得た。
4)よりも高い局部腐食発生電位をもつ合金系として、
C5値は12.4以上24.5以下を設定した。
は、局部腐食の発生し難さと同時に、もし発生しても発
生した局部腐食の板厚方向への進展速度が遅いことが要
求される。これを評価するため、比較鋼に対応してCr
、Mo量をそれぞれ変化させた鋼、およびこれにさらに
Ti、Nb、Ni、Cu、 w。
、模擬凝縮液中で各試料を一定時間浸漬し、試料表面に
生じた局部腐食深さにより評価した。その結果を表1に
示した。
出し、粒界腐食の原因となるので低い方がよい。
しいが、製鋼に時間を要し、コストアップとなる。しか
し、本発明の特徴である耐食性および加工性を改善する
ために、特に0.010%以下と極めて低い値に限定し
た。
、効果は期待出来ない。また、0.8%を越えると加工
性が著しく劣化する。表面処理性および加工性を考慮す
ると0.2%以下が望ましいことから、0.2%以下と
した。
に影響を及ぼさないが、通常の成分含有量として、0.
05%以上1.5%以下を規定した。
含む環境など高い耐食性を要求される環境では、Moさ
らに必要に応じてNi、Cuなどと共存の形で12%以
上の添加が必要である。多いほど耐食性、耐酸化性は向
上するが、20.0%を越えてもその耐食性は飽和する
。また、作り込みが難しく経済的にも高価となる。
uなどと共存の形で添加され、凝縮液環境での局部腐食
発生、進展を抑制するために必須の元素である。
の特許請求の範囲記載の各成分(以下その他元素という
)との共存で極めて効果的となる。
%を越えても耐食性の改善にそれほど寄与しないし、且
つ、高価となる。
加される。0.1%を越えると耐食性、熱間加工性を劣
化させる。また、0.005%未満では効果がない。
少ない程良いので、0.015%以下とした。
少ない程良い。0.025%を越えると耐食性が劣化す
る。
低い程よいので、上限を0.010%とした。
食性の劣化を防ぐ。Caと共存してOを固定し、Si、
Mnの酸化物の生成を抑制し、熱間加工性と耐食性を向
上させる。0.5%を越えると熱間加工性を劣化させる
。実走行マフラー調査や粒界耐食性評価の結果Ti量は
、l0X(C%+N%)以上必要であることが明らかと
なったことから、これを下限とした。
の耐食性の劣化を防ぐ。015%を越えると熱間加工性
を劣化させる。粒界腐食性評価結果から、Nb量は、5
×(C%+N%)以上必要であることが明らかとなった
ことから、これを下限とした。
加する。
る。凝縮液を含む環境など高い耐食性を要求される環境
では、Cr、 Mo、その他元素と共存して用いられる
。局部腐食進展抑制に効果的であるが、0.1%未満で
は効果がなく、1.0%を越えるとその効果は飽和し、
また、経済的にも高価となる。
、さらにNi、その他元素と共存の形で添加され、凝縮
液を含む環境での耐食性を得るための添加元素である。
えると耐食性は飽和し、且つ熱間加工性を劣化させる。
性を向上させるので、必要に応して0.5%以下で添加
する。0.5%を越えるとその効果は飽和する。0.0
5%未満では効果はない。
性を向上させるので、必要に応じて0.5%以下で添加
する。0.5%を越えるとその効果は飽和する。0.0
5%未満では効果はない。
局部腐食性を向上させるので、必要に応じて1.0%以
下で添加する。1.0%を越えるとその効果は飽和する
。0.05%未満では効果はない。
共存してOを固定し、凝縮液中での局部腐食の発生起点
となり得るMnS系の介在物の生成を抑制し、耐食性を
改善する。Ca、 Ceは、それぞれ0.001〜0.
03%の範囲で1種または2種が必要に応じて添加され
る。
により説明する。
分組成の鋼を溶製した。インゴットに鋳造後、通常の加
熱条件で熱延し、適切な熱処理後試験に供した。
評価試験(A)によって得られた値で、この値が大きい
ほど局部腐食が発生し難いことを示している。
価試験用試験片を用いた。第1図中、1はリード線、2
は試験面以外をシールした部分、3は試験面、4はポリ
カーボネート製ボルト・ナツトを示す。これにより試験
面上に人工的に隙間を生成し、局部腐食の発生を加速で
きるようにした。この試験片を用いて、模擬凝縮液環境
中で第2図に示すように自然電位(Ecorr)より、
電位をアノード方向に20 mV/+minで掃引した
とき、電流密度が100μA/cdに達した点の電位を
局部腐食発生電位と規定した。この電位が大きい値を示
すほど、局部腐食は発生し難い傾向を示す。
、輻(W) : 50 mm、長さ(f) : 60
+u+。
、試験片表面を#320研磨後、脱脂して、試験を行っ
た。
オン(3000pp+m) 、塩化物イオン(1000
ppm) 、硝酸イオン(100ppm) 、ギ酸(1
00popm)を所定の量添加調整して作製した凝縮液
を用いた。試験方法は、硝子製ビーカー(200cc)
を用い、この中に試験片を立てておき、試験片の半分ま
で浸漬されるように凝縮液100ccを入れた。その後
、ビーカーを沸騰条件で2時間加熱し、24時間静止を
30日間繰り返した。試験後試験片上に観察された局部
腐食の深さをすべて測定し、その内の最大深さで評価し
た。
性を評価するため、表2に示す化学成分からなるステン
レス鋼を普通鋼製造と同一の設備を用いて、転炉出鋼、
熱間圧延、酸洗、冷間圧延、焼鈍、酸洗、調質圧延を順
次行って、板厚0.61の製品とした。製品の特性を評
価するために、■腐食試験A法(JISZ2371の塩
水噴霧試験6hr−+70°C温風4 hr−+ 49
’C1C108%4hr→−20°C冷凍4hrの繰
り返しを28日間行い、腐食深さを求め、5年程度のマ
フラーとしての耐食性を有するために0.10mm以下
を目標とした。)、■腐食試験B法(0,5%NaC1
+ 0.2%H20□の溶液を用い、JISZ2371
に準拠して4日間行い、発錆ランクをA(良)〜F(不
良)とし、■と同様の理由からA−Cを目標とした。)
、■腐食試験C法(TIG溶接後、J I S 005
75のステンレス鋼の硫酸・硫酸wAl11食試験を1
6時間行った後、内面の半径0.3++uwで曲げを行
い、外面の溶接部、熱影響部の粒界腐食割れの有無を観
察し、■と同様の理由から、割れなしを目標とした。)
、■引張試験(0,2%耐力、伸びを求め、普通鋼製造
ラインでの造管性および板や管としての加工性から、0
.2%耐力は30 kgf/mm2以下、伸びは30%
以上を目標とした。)、■ランクフォード値(管や板材
の加工性の評価基準には、ランクフォード値(F)が用
いられている。普通鋼プロセスを用いることでF(直を
大幅に改善できることから、7値1.70以上を目標と
した。)、■二次加工試験(板厚0.6mmから0.4
2s+sまで冷間圧延で加工を行った後、曲げの綾線が
圧延方向と平行になるように密着的げを行い、割れの程
度により1(割れなし)〜6(激しい割れ)のランク付
を行い、板や管の加工性から、1を目標とした。)の試
験を行った。
深さから比較鋼に比べ、いずれの鋼種も優れた耐食性を
示していた。また、表2の実機製造実施例の結果からも
、本発明鋼が耐食性および加工性に優れた特性を有する
ことを示していた。
腐食性の厳しい凝縮液環境において、長期にわたって優
れた耐食性を示し、かつ高加工性を有した材料であり、
実用的に極めて有効であることを示している。
用いた試験片形状を示す側面図、同(b)は、その正面
図である。 第2図は、電気化学的な局部腐食発生評価試験法を説明
するための線図である。 1・・・リード線、2・・・シール部、3・・・試験面
、4・・・ボルト・ナツト。
Claims (3)
- (1)重量%でC:0.010%以下、 Si:0.2%以下、 Mn:0.05%以上1.5%以下、 Cr:12%以上20.0%以下、 Mo:0.2%以上3.0%以下、 Al:0.005%以上0.1%以下、 N:0.015%以下、 P:0.025%以下、 S:0.010%以下で、 さらにTi:10×(C%+N%)以上0.5%以下、
またはNb:5×(C%+N%)以上0.5%以下をそ
れぞれ1種または2種を含有し、残部がFeと不可避的
不純物からなることを特徴とする耐食性の優れたエンジ
ン排ガス系材料用ステンレス鋼。 - (2)さらにNi:0.1%以上1.0%以下、Cu:
0.03%以上1.0%以下、W:0.05%以上0.
5%以下、V:0.05%以上0.5%以下、Zr:0
.05%以上1.0%以下を1種または2種以上含有す
ることを特徴とする請求項1記載の耐食性の優れたエン
ジン排ガス系材料用ステンレス鋼。 - (3)さらに、CaまたはCeをそれぞれ0.001%
以上0.03%以下で1種または2種含有することを特
徴とする請求項1または2記載の耐食性の優れたエンジ
ン排ガス系材料用ステンレス鋼。
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---|---|---|---|
JP2328339A JPH0747799B2 (ja) | 1989-11-29 | 1990-11-28 | 耐食性の優れたエンジン排ガス系材料用ステンレス鋼 |
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JP1-309476 | 1989-11-29 | ||
JP2328339A JPH0747799B2 (ja) | 1989-11-29 | 1990-11-28 | 耐食性の優れたエンジン排ガス系材料用ステンレス鋼 |
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JPH0747799B2 JPH0747799B2 (ja) | 1995-05-24 |
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ID=26565970
Family Applications (1)
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JP2328339A Expired - Lifetime JPH0747799B2 (ja) | 1989-11-29 | 1990-11-28 | 耐食性の優れたエンジン排ガス系材料用ステンレス鋼 |
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