JPH032381A

JPH032381A - 高耐食性表面処理クロム系鋼材とそれを利用した自動車排ガス装置の製作法

Info

Publication number: JPH032381A
Application number: JP13421489A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Hobo; 保母　芳彦; Akio Nagai; 永井　秋男; Yoshio Taruya; 芳男樽谷; Shigeo Sawazaki; 沢崎　栄夫
Original assignee: Asahi Chemical Co Ltd; Sumitomo Metal Industries Ltd; Asahi Kagaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp; Asahi Chemical Co Ltd; Asahi Kagaku Kogyo Co Ltd
Priority date: 1989-05-26
Filing date: 1989-05-26
Publication date: 1991-01-08
Anticipated expiration: 2009-07-06
Also published as: JPH0651912B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、高耐食性表面処理クロム系鋼材とそれを利用
した自動車排ガス装置、さらにはそのための表面処理液
、特に自動車排ガス装置の低温部側を構成するための高
耐食性表面処理クロム系鋼材とそれを利用した自動車排
ガス装置、そのための表面処理液に関する。

（従来の技術）従来、例えば、マフラーなどの自動車排ガス装置の内側
は、排ガスが結露する部分において排ガス中に含有され
るＳＯ，−１Ｃ２−５ＮＨ４”等により露点腐食を生ず
るが、一方、外側は、泥や塩分による腐食を生ずる。こ
のため排ガス装置の低温部側は主にアルミめっき鋼材に
より作られていた。

ところが、現在では大気汚染防止のため排ガス装置の多
くに触媒装置が取り付けられ、ＮＯＸの発生を防止する
ようになったため、排ガス中のアンモニア濃度が高まり
アルカリ腐食の危険が高まっている。しかし、上述のよ
うなアルミめっき鋼材は、アルカリ腐食に弱いことから
、数年間で穴あき腐食を生ずることが希れでは無くなっ
て来ている。

ここで、近年の車体防錆寿命の延長傾向と相まって、よ
り優れた排ガス用耐食性鋼材が要望されている。

このために、アルミめっき鋼板にクロメート皮膜を形成
させた後、有機珪素撥水材で処理する方法（特開昭５８
−６９７６号）やクロム系鋼に溶融アルミメツキを施し
た鋼板（特開昭６１−６２６１号）等が提案されている
。これらの方法は、従来のアルミめっき鋼材に比し、か
なりコストアップとなる。

しかも、その耐食性はアルミめっきに依存しているため
、コストアップに見合うだけの耐食性の向上が得られて
いない。

一方、アルミめっき鋼材の代わりに、５Ｕ１１４０９．
５ＵＳ４１０Ｌ等のステンレス鋼材が使用され始めてい
るが、この場合、排ガス装置の内側腐食については効果
的であるが、塩素イオンを含む塩泥による外面腐食は生
じ易く、アルミめっき鋼板より赤錆の発生が早い。

（発明が解決しようとする課８）かくして、本発明の目的は、高耐食性材料、特に自動車
排ガス装置の低温部の内側腐食および外側腐食を同時に
抑制できる材料を提供するものである。

また、本発明の別の目的は、低温部の内側腐食および外
側腐食を同時に抑制することのできる自動車排ガス装置
を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、かかる材料を製造するため
の表面処理液を提供することである。

（課題を解決するための手段）本発明者らはかかる目的達成の為種々検討を重ね、クロ
ム系鋼材の表面を複合被覆処理することが有効であるこ
とを知り、またそのために特に有効な表面処理液を開発
し、本発明に至った。

ここに、本発明の要旨とするところは、重量比率で、Ｃ
：０．０２％以下、Ｃｒ：４．０〜２０％を含有するク
ロム系鋼材であって、その少なくとも片面に、硫酸２０
０〜７００ｇ／　１およびクロムｆ１１ｉｏｏ〜４００
ｇ／　Ａを主成分とするクロム系混酸に接液処理して形
成させた、金属Ｃｒ換算量で３０〜３００ｍｇ／ｍ”の
量のクロム酸塩処理層と、該クロム酸塩処理層の上に形
成させた、０．５〜１０−厚さのクロム酸−樹脂複合皮
膜とを備えたことを特徴とする、高耐食性表面処理クロ
ム系鋼材である。

本発明にかかる上記高耐食性表面処理クロム系鋼材は、
特に自動車用排ガス用鋼材として好ましい。

本発明にかかる高耐食性表面処理クロム系鋼材における
上述のクロム酸−樹脂複合皮膜を形成するには、クロム
酸またはクロム酸塩の水溶液に水溶性樹脂エマルジョン
を添加し、さらに還元剤およびｐＨ調整剤を配合してな
るクロム酸−樹脂複合皮膜形成表面処理液を表面処理液
として使用するのが好ましい。

また、別の面からは、本発明は、重量比率で、Ｃ：０．
０２％以下、Ｃｒ：４．０〜２０％を含有するクロム系
鋼材から自動車用排ガス装置を形成し、しかる後、該自
動車用排ガス装置の少なくとも外表面となる片側を、硫
酸２００〜７００ｇ＃およびクロム酸１００〜４００ｇ
／ｌを主成分とするクロム系混酸に接液処理して、金属
Ｃｒ換算量で３０〜３００ｍｇ／ｍ”の量のクロム酸塩
処理層を形成させ、次いで、該クロム酸塩処理層の上に
０．５〜１０ｐａ厚さのクロム酸−樹脂複合皮膜を形成
させることを特徴とする、自動車用排ガス装置の製作法
である。

（作用）以下、本発明をその限定理由とともに詳細に説明する。

本発明において対象とする鋼材の鋼組成は、重量比率で
、Ｃ：０．０２％以下、Ｃｒ：４．０〜２０％を含有す
るクロム系鋼材であれば、特に制限されない。

Ｃは耐食性および成形加工性に悪影響を及ぼす元素であ
り、０．０２％以下、好ましくは０．０１％以下とする
。すなわち、０．０２％超ではＣｒ炭化物の生成量が増
加し、耐食性が減少すると共に、機械的性質劣化による
成形加工性の低下をもたらす。

Ｃｒは耐食性を賦与する重要な構成元素であり、４．０
％以上２０．０％以下とする。すなわち、４．０％未満
では本発明の処理を施しても本発明が解決しようとする
課題を解決し得す、一方、２０％超では材料コストが増
大し、かつ過剰品質である。

より特定的には、上述のクロム系鋼材の好適組成は、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：　≦１．００Ｍｎ：　≦１．００Ｐ　：　≦０．０４０８　：　≦０．０３０Ｃｒ：　　４．０　〜２０％、上記好適組成例における成分限定理由は次の通りである
。

Ｓｉ：耐熱性を向上させる成分であり、添加することが
好ましいが、圧延性、加工性の点からその上限を１．０
０％とする。

台ｎ：強度を向上させる成分であり、所要とする鋼材強
度に合わせ適量の添加が好ましいが、圧延性、加工性の
点から、その上限を：００％とする。

Ｐ：加工性を阻害する元素であり、低減させることが望
ましいが、製鋼プロセス上の制約から、その上限を０．
０４０％とする。

Ｓ：加工性を阻害する元素であり、低減させることが望
ましいが、製鋼プロセス上の制約から、その上限を０．
０３０％とする。

なお、本発明にいう「綱材」は鋼板および鋼管の総称で
ある。

本発明によれば、このようにして用意された鋼材の少な
くとも片面は、硫酸とクロム酸とを主成分とし、その他
必要により硫酸マンガンなどを添加した混酸中にＣｒ含
有鋼を浸漬し、クロム酸塩処理層を形成するが、かかる
クロム酸塩処理層を形成する方法自体は、すでにインク
性として公知であり、一部工業化されている方法でもあ
る。本発明にあっては、この公知方法にて、クロム酸塩
処理層を、金属Ｃｒ換算量にて３０〜３００ｍｇ／ＩＩ
＋”だけ形成する。３０Ｆ１ｇ／ｍ”未満、では耐食性
が不十分であり、一方、３００ｍｇ／ｓ！超は過剰品質
となりコスト的に不利である。

浸漬条件は慣用のもので特に制限されないが、好ましく
は、温度８０〜９０℃、浸漬時間１０〜１５分である。

また、無電解メツキによっであるいは電解メツキにより
かかるクロム酸塩処理層を設けてもよい。

次いで、本発明によれば、上述のクロム酸塩処理層の上
に、クロム酸−樹脂複合被膜を０．５〜１０−の量だけ
施す、この範囲より薄いと効果はなく、これを超えると
密着性不良となる。このように０．５〜１０／ｊという
比較的薄い膜厚にも拘わらず、その下側のクロム酸処理
層との組み合わせにより、耐食性が飛躍的に向上する。

その理由は樹脂分が無機被膜の一種のバインダーとして
作用し、皮膜の密着性が著しく改善されるからである。

このクロム酸−樹脂複合被膜は、クロム酸（クロム酸塩
）、樹脂およびその他の添加物から成る混合水溶液を、
当該鋼材表面に塗布乾燥することにより形成することが
できる。浸漬、ロールコート、スプレーのような方法で
皮膜形成を行ってもよい。

本発明に用いるクロム酸およびクロム酸塩水溶液は、無
水クロム酸および２価金属（Ｍｇ、　ＣａＸＺｎ等）の
クロム酸塩または重クロム酸塩を水に溶かしたものであ
る。

本発明にしたがって、かかる水溶液に添加される樹脂は
、エマルジョンタイプの１種または２種以上の有［樹脂
が望ましく、それらを例示すれば、アクリル樹脂および
その共重合物、酢酸ビニル樹脂およびその共重合物、ス
チレン樹脂およびその共重合物、フッ素樹脂およびその
共重合物、アミノ樹脂、アルキッド樹脂、フェノール樹
脂、エボキシ樹脂、メラミン樹脂、シリコン樹脂、ポリ
ビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリビニルエ
ーテルマレイン酸共重合物、ポリヒドロキシエチルセル
ロース等がある。その他、クロム酸系処理添加物として
公知のエマルジョン樹脂を用いることができる。

これらの中で、好ましいものは、エマルジョンタイプの
酢酸ビニル樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、スチレン
樹脂、或いはこれらの共重合体である。

樹脂の配合量は１〜１０％、好ましくは２〜５％である
。これは金属Ｃｒ１（重量％）に対して２５〜５０％で
ある。

本発明において使用する表面処理液にはさらにクロム酸
に対する還元剤として、例えばカルボン酸類（マレイン
酸、コハク酸、アジピン酸等）、多価アルコール類（エ
チレングリコール、グリセリン、ポリエチレングリコー
ル等）、アミン類（モノエタノールアミン等）を添加す
る。還元剤の添加は、Ｃｒ”とＣｒ４ｔｈの割合が、１
　：０．５〜１：３となるよう調整することが望ましい
、これは、Ｃｒ”が上記比率より少なくなると耐食性が
劣化するためであり、一方、上記範囲を超えてＣｒ”が
存在しても効果が飽和するからである。

さらに液の安定性を保つには、液の酸性度（ｐＨ）の調
整が必要であり、ρ１１を１〜５、より好ましくは２〜
４に保つのが良い。このためには、１価、２価および３
価の金属化合物をｐｌ＋調整剤として所定割合溶解すれ
ば良く、酸化物、水酸化物、・または炭酸塩の形で利用
できる。例示すればＣａ　（Ｏｆｆ）　ｚ、Ａｆ２（ｏ
Ｈ）、等である。

第１図に略式で示すように、硫酸−クロム酸液中で処理
した本発明にかかる鋼材の表面皮膜構造は鋼板表面上に
設けられた極めて多孔性のクロム酸塩皮膜を有しており
、その多孔性皮膜中に、その後で施すクロム酸−樹脂複
合皮膜が侵入固着され、その複合効果により、極めて優
れた耐食性を示すものと考えられる。

以下、実施例に関連させて本発明の具体的態様を詳細に
説明する。

実施例１第１表に示すＣｒ含有量を中心に変化させた８種を溶製
し、通常の工程にて連続鋳造、熱間圧延、酸洗、冷間圧
延を施して、板厚１．０　ｍｍの冷延鋼板とし、更に所
定条件にて箱型焼鈍および調質圧延を施した。なお、い
ずれの鋼種もＣ５０，０１％とした。このようにして得
た鋼板より試片を切り出し、まず硫酸−クロム酸の混合
酸液中に浸清し、浸潤温度と時間を変更することにより
、クロム酸塩処理層のＣｒ量（ｍｇ／＋ｗ”）を変化さ
せ、同じく第１表に示す膜厚（金属Ｃｒ換算量）を得た
。

次いで、クロム酸−樹脂複合被膜形成表面処理液を以下
のように調整した。

Ｃｒｙ３２００ｇ／　ＩＣａ（ＯＨ）ｉ　　　　　　　７８　　〃エチレングリ
コール　６０〃アクリル樹脂　　　　７５〃このように調整した表面処理液に！１□ＳＯ４：５００
　ｇ／ｌを加えてｐＨを調整してから、塗布焼付乾燥し
てクロム酸−樹脂複合被膜を形成した。浸清塗布景を変
化させて第１表中の膜厚に調整した。

すなわち、上記浴組成を基本浴とし、濃縮或いは希釈液
中に試片を浸漬し、垂直水切り後３００℃、２０秒の焼
付乾燥を施し、所定厚みの複合被膜を得た。

このようにして得た試片を、自動車排ガス装置低温部の
内側腐食をシミュレートする評価試験法■および外側腐
食をシミュレートする評価試験法Ｉによって評価した。

すなわち、〈評価試験法！〉試験要領は第２図に示すように、第２表に示す組成を有
する腐食液１０中に試片を半浸漬の状態に浸漬し、コン
デンサー１４付きフラスコ１６中に、５０℃で１００時
間保持し、腐食生成物を除去後その最大腐食深さを測定
した。フラスコ１６は恒温槽１８によって定温度に保持
されている。

本試験は自動車排ガス装置の低温部の内側腐食に相当す
る環境を再現するものである。

〈評価試験法■〉下記条件による複合腐食サイクル試験を１５日間継続後
、腐食生成物を除去し、その最大腐食深さを測定した。

本試験は自動車排ガス装置の低温部の外側腐食に相当す
る環境を再現するものである。

それぞれの試験結果を第１表にまとめて示す。

従来使用されているアルミメツキ鋼板に対比すると、本
発明にかかる鋼材は評価試験法■　（即ち、自動車排ガ
ス装置低温部の内側腐食相当）において極めて良好な成
績を示し、かつ評価試験法■（同外側腐食相当）におい
ても遜色のない成績を示し、本発明が解決しようとした
課題に十分適合するものである。

法１の腐実施例２鋼中Ｃｒ含有量が９．５％の鋼板を、実施例１と同様に
処理した。但し、クロム酸−樹脂複合被覆処理液中の還
元剤およびエマルジョン樹脂の種類を、第３表の如く種
々変更しその効果を調査した。

結果を同じく第３表に示す。

本発明によるものは、いずれも良好な成績を示した。

（注）＄：本発明の範囲外本発明にかかる高耐食性表面処理クロム系鋼材は自動車
用排ガス用鋼材としては勿論家電用材および建材−骨材
、内外装材−とじても、近年の耐用年数延長策材として
、その機能を十分発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる高耐食性表面処理クロム系鋼
材の表面皮膜構造の模式的説明図；および第２図は、腐食評価試験法の要領の説明図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量比率で、Ｃ：０．０２％以下、Ｃｒ：４．０
〜２０％を含有するクロム系鋼材であって、その少なく
とも片面に、硫酸２００〜７００ｇ／ｌおよびクロム酸
１００〜４００ｇ／ｌを主成分とするクロム系混酸に接
液処理して形成させた、金属Ｃｒ換算量で３０〜３００
ｍｇ／ｍ＾２の量のクロム酸塩処理層と、該クロム酸塩
処理層の上に形成させた、０．５〜１０μｍ厚さのクロ
ム酸−樹脂複合皮膜とを備えたことを特徴とする、高耐
食性表面処理クロム系鋼材。
（２）請求項１記載の自動車用排ガス用鋼材。
（３）クロム酸またはクロム酸塩の水溶液に水溶性樹脂
エマルジョンを添加し、さらに還元剤およびｐＨ調整剤
を配合してなる、請求項１または２に規定する耐食性鋼
材用のクロム酸−樹脂複合皮膜形成表面処理液。
（４）重量比率で、Ｃ：０．０２％以下、Ｃｒ：４．０
〜２０％を含有するクロム系鋼材から自動車用排ガス装
置を形成し、しかる後、該自動車用排ガス装置の少なく
とも外表面となる片面を、硫酸２００〜７００ｇ／ｌお
よびクロム酸１００〜４００ｇ／ｌを主成分とするクロ
ム系混酸に接液処理して、金属Ｃｒ換算量で３０〜３０
０ｍｇ／ｍ＾２の量のクロム酸塩処理層を形成させ、次
いで、該クロム酸塩処理層の上に０．５〜１０μｍ厚さ
のクロム酸−樹脂複合皮膜を形成させることを特徴とす
る、自動車用排ガス装置の製作法。