JPH0417615A - 耐食性、加工成形性のすぐれたステンレス鋼板の製造法 - Google Patents

耐食性、加工成形性のすぐれたステンレス鋼板の製造法

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JPH0417615A
JPH0417615A JP12065290A JP12065290A JPH0417615A JP H0417615 A JPH0417615 A JP H0417615A JP 12065290 A JP12065290 A JP 12065290A JP 12065290 A JP12065290 A JP 12065290A JP H0417615 A JPH0417615 A JP H0417615A
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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、自動車やオートバイエンジンなどの排気ガス
用マフラーやその前後の排気管系(以下総称してマフラ
ーという)なとに使用され、前記排気ガス系で生成する
湿潤カスや排気系カス凝縮液中で優れた耐食性と、マフ
ラー用素材に適用する際の複雑な成形にも優れた加工性
を示すステンレス鋼板の製造法に関するものである。
(従来の技術) ステンレス鋼板は、耐食性、耐高温酸化性、高温強度な
どの特性か活用される用途で飛躍的に需要が拡大しつつ
あり、その代表例として自動車、オートバイのマフラー
が挙げられる。エンジンで発生した高温の排気ガスは、
エギゾーストマニホールド、コンバーターなどを通過後
センターバイブ、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
いため排ガス中に水分が凝縮した凝縮液かマフラー内壁
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、燃焼排気ガス中にあるCo、’
−、NH4、S042No、−、その他CΩ−や微量の
有機物か含まれ、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とも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。
このような環境に適合したマフラーを作るには、従来は
、アルカリ性から酸性までの環境に対して耐食性を示す
アルミナイズド鋼板が主に採用されてきた。しかし、ア
ルミナイズド鋼板では到底期待寿命を達成することがで
きないことが明らかになるに従い、5〜13%程度のC
「を添加した鋼板の適用、さらに最近では20%近くの
Crを含んだステンレス鋼板の採用もなされている。
−船釣にステンレス鋼板は、熱延、熱延酸洗かなされた
のち、ゼンジマーミルで代表される小径ロール(直径的
100mm)でリバース冷延される。
ついで軟化焼鈍される。焼鈍によるテンパーカラー発生
を避ける際には光輝焼鈍炉が適用される。
また、表面にテンパーカラーが発生し、そのままの状態
では外観、溶接作業性、プレス成型性などの而で実用上
問題かある場合は、酸洗、塩浴処理、中性塩電解処理な
どで表面仕上げが施されている。
しかし、近年の排気ガス規制強化に伴い、マフラーは使
用条件が厳しくなるとともに、製作条件も形状、構造面
で複雑多様になってきた。このような動向に対しで、前
記したような鋼板で製造されたマフラーは十分な耐食性
とパフォーマンス性を得ることかできないため、自動車
の安全性、長寿命化、経済性を達成する、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で、すて
に5%から10%Cr含有鋼(特開昭63−14324
0号公報、63−143241号公報参照)が提案され
たり、従来から市販されている既製のフェライト系ステ
ンレス鋼板が使用されていることは前述した通りである
(発明が解決しようとする課題) 本発明は、こうした状況を踏まえてあらためて実際に使
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
 、Niの成分の影響、さらにCu 、Nb 、W、V
、Zr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
ほす影響を検討し、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すると共にプレ
ス成形性を大幅に向上した自動車・オートバイなどのエ
ンジン排ガス用ステンレス鋼の製造法を提供することを
目的とするものである。
(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために本発明の要旨とするところは
、重量%で C・0.005%以上0.05%以下、Si:0.01
%以上0.8%以下、 Mn:0.05%以上1.5%以下、 Cr:12%以上18.5%以下、 Mo:0.2%以上3.0%以下、 1) : 0.005%以上0.1%以下、N、0、旧
%以下を含有して Ti  :0.05%以上1.0%以下およびNb:0
.05%以上1.0%以下の1種又は2種を含存し、 あるいはさらに、 Ni:0.1%以上1.0%以下、 Cu:0.03%以上1.0%以下、 W  +0.05%以上05%以下、 V  :0.05%以上0.5%以下およびZr:0.
05%以上1 、0%以下のIFiまたは2種を含有し
、 あるいはさらにまた、 Ca : 0.001%以上0.03%以下およびCe
 : 0.001%以上0.03%以下の1種または2
種を含有して残部Feおよび不可避的不純物からなるス
テンレス鋼を、大径ロールで冷間圧延し、さらに露点±
0℃〜−40℃の弱酸化性雰囲気中で、825〜975
℃の温度範囲で軟化焼鈍し、しかる後に酸洗仕上げをほ
どこすステンレス鋼板の製造法である。
二のように、本発明は該鋼板の成分と冷延作業以降の製
造条件とを組み合わせることによってその特性を大幅に
向上させうろことができた。すなわち、冷延において大
径ロールを採用することにより、プレス成型時に重要な
特性であるランクフォード値が飛躍的に向上すること、
その後の制御雰囲気中での軟化焼鈍と酸洗処理との組み
合わせで耐食性が向上すること、また、その処理によっ
てプレス時の製品表面潤滑性が向上しで、すぐれたプレ
ス成型を付与するものである。
以下、本発明について詳細に説明する。
(作  用) 以下、上記した鋼板の成分限定理由について述べる。
CTCは、ステンレス鋼の耐食性に有害であるが、強度
の観点からは、ある程度の含有量が必要である。0.0
05%未満の極低炭素量では製造コストが高くなる。ま
た、0.05%を越えると耐食性は大幅に劣化するため
0.005%以上0.05%以下とした。
Si;Siは0.0.01%以上添加されると後述する
軟化焼鈍処理時に表面に生成する酸化膜中に他の元素よ
り優先的に蓄積し耐食性に有効な元素、たとえばCr、
Moか鋼中から表面へ拡散消費される結果惹起される耐
食性劣化を抑制する効果をもたらす。このSiの効果は
温度、時間、雰囲気との組み合わせにおいて0,5%を
越えるとその効果は飽和に達し、0.8%を越えると加
工性が問題となる。
Cr;Crは、本発明の基本成分である。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M□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、18.5%を越えてもその耐食性は飽和する。又、
作り込みか難しく経済的にも高価となる。
Mn;Mnは、排ガス凝縮液環境での耐食性に特別に影
響を及はさないが、通常の成分含有量としで、0.05
%以上1.5%以下を規定した。
Mo;Moは、Crさらに必要に応じで、Nj。
Cuなどと共存の形で添加され、加工性を向上し、また
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。0.2%以上3.0%以下の添加でC
r、およびその他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。0
.2%未満では、耐食性は、不十分となるが、3,0%
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。
Ap、Allは、鋼の結晶粒を微細化して成形後の表面
外観劣化を防止する成分で、0.1%以下の範囲で添加
されるが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。
N、Nは、PおよびS成分と同様に不可避的成分で、ス
テンレス鋼の耐食性を劣化させるので、少ない程良い。
0.01%以下とした。
P;Pは、凝縮液環境における耐食性に影響するので、
少ない程良い。0.025%を越えると耐食性が劣化す
る。
SO5も、凝縮液環境における耐食性に影響する元素で
低い程よい。上限を0.010%とした。
Nb;Nbは、CまたはNを固定し、ステンレス鋼の耐
食性の劣化を防ぐ。耐食性を向上するため0.05%か
ら1.0%の範囲で添加される。1.0%を越えると熱
間加工性を劣化させる。0.05%未満ては効果がない
Ti:TIは、CまたはNを固定し、ステンレス鋼の耐
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。005%以上1.0%以下添加される。1.
0%を越えると熱間加工性を劣化させる。
本発明においで、上記のような鋼成分組成で製造された
鋼板は耐食性と加工成形性がすぐれている。さらに本発
明はこれらの特性を一層改善するためにNi、Cuなど
の鋼成分を含有させる。
Ni;Njは、本発明ステンレス鋼の選択添加成分であ
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。
Cu;Cuは、Cr、Moをベースとした成分系、さら
にNls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。0.0
3%以上で共存効果が著しく、また1、0%を越えると
耐食性は飽和し、且つ熱間加工性を劣化させる。
W;Wの共存添加は、ステンレス鋼の耐食性、局部腐食
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。
v;Vの共存添加は、ステンレス鋼の耐食性、局部腐食
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。
Zr;Zrの共存添加は、ステンレス鋼の耐食性、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。
0.059(i未満では効果はない。
Ca、Ce ;Ca、Ceは、低硫黄鋼中でAgと共存
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。
上記のような鋼成分組成の鋼板は、通常の鋼板製造工程
を経で、ステンレス熱延鋼板あるいはさらに焼鈍などの
熱処理を施した後、大径ロール(直径110mm以上)
で冷間圧延し、焼鈍する。大径ロールの冷間圧延は、加
工性すなわちランクフォード値を向上させる。第1図は
15%Cr−0,19%Tl−0,07%Aj7−0.
007%C成分系で、焼鈍温度を825℃に統一した場
合の、ロール直径とランクフォード(r)値の関係に対
するMailの効果を示す。すなわちランクフォード値
は、Mo成分を含有する鋼板を大径ロールで冷間圧延し
、焼鈍することによって向上する。
この場合の焼鈍作業は冷延されて硬化したステンレス鋼
板を軟質化させるのが第1目的であるか、本発明におい
ては高温にさらされる結果生成する酸化膜の特性をコン
トロールすることで、焼鈍に引き続いて行われる酸洗作
業で好適な表面状態を確保することも、この焼鈍作業の
大きな目的である。
酸化膜の厚みを左右する重要な因子は、焼鈍板温である
。この板温は、焼鈍炉に導入される鋼板の成分、特にS
iの量、および炉内の湿度(露点)の関係で決まる反応
で生ずる酸化膜の厚みによって制御される。本発明の成
分系は、再結晶開始温度は775℃から%0℃であり、
組織、軟質度を安定させるためにはそれぞれの温度より
も高い温度でしかも表面の酸化膜は後述する酸洗による
鋼板の表面調整に適した厚みが生成される温度で焼鈍す
る必要がある。種々の実験の結果、本発明の成分系では
975℃を越えると後述する露点±0℃では酸化膜か厚
くなりすぎ、露点が一40℃より低いと酸化膜が緻密に
なりすぎるため、酸洗後の外観を劣化させたり、生産性
を低下させる問題かある。
また、板温か825℃より低いと酸化膜中へのSiの蓄
積か不十分であるから本願の目的か達成されない。した
かっで、焼鈍温度は825℃から975℃に限定した。
酸化膜の厚みは焼鈍雰囲気の中に含まれる気体成分、と
くに酸素の量によっても大きく左右される。酸化膜厚み
か大き過ぎると、のちに行われる酸洗によって表面が過
度に荒らされて外観上商品価値を下げる。また、酸化膜
厚みが薄すぎるとそれが原因となって後述するような有
効成分濃度低下層の排除、表面非金属介在物の除去が果
たせなくなる。種々の試験結果から、本発明成分のステ
ンレス鋼板成分、焼鈍板温度で適正な酸化膜厚みを確保
するためには、焼鈍炉内の酸素濃度を露点で検出して±
0℃〜−40℃が適当である。たとえば、板温か850
℃で、16%Cr−1,2%M。
0015%TIを主成分とする鋼板を各種の温度で焼鈍
した場合の酸化膜の生成状態をグロー放電分光分析計(
以下GDSと略記)で調査した結果を第2図に示す。す
なわち(a)図における露点か一20℃で操業された酸
化膜の厚さTに比べで、露点+lO℃では酸化膜が厚す
ぎ、−50℃では薄すぎる。
このようにして焼鈍されたステンレス鋼板は、続いて酸
洗する。ステンレス鋼板の酸洗は、たとえば特公昭8B
−45480号公報のように厚い酸化膜が存在すると商
品価値を下げるほかに、絞り加工する時にダイスの寿命
が短縮する弊害を除くことである。しかし、本発明者ら
の検討によると、本発明の成分系において適正な酸洗を
施すことにより、鋼板の耐食性を大幅に向上する。
さらに説明をすると、本成分系の成分を焼鈍すると表面
に酸化膜が生成する。この場合、酸化膜中には酸素との
親和力がFeより強い元素が優先的に蓄櫃し、その部分
の直下ではこれら成分の濃度低下現象をきたす。この現
象は、Siの作用で抑制されるが、耐食性向上の目的で
添加されたCr、Mo、Ni 、Cuなどに対しては有
害である。この有効成分欠乏現象は酸洗作業で救済され
る。とりわけ、鋼板がNo3−、Crb−イオンを含む
酸洗液中で陰・極電解される場合に素地の溶解で顕著で
あるから、酸洗作業中、鋼板か陰極電解状態で1回以上
行われる交番電解酸洗作業でその効果は大きい。
また、ステンレス鋼の場合、表面に存在する非金属介在
物は発銹点、隙間腐食促進作用をもたらすので極力排除
すべきである。本発明における酸洗による表面清浄化は
、表面に存在するこの非金属介在物の除去にも効果的で
あり、その結果耐食性が更に向上する。
更に、素地の酸洗により表面は微細な凹凸を呈する。こ
れはプレス成型時の潤滑液保持作用に寄与するので、実
用上有効である。
(実 施 例) 本発明品の緒特性を実施例により説明する。
第1表に示した本発明鋼および比較鋼は、それぞれ−膜
内に行われる方法で溶製、加熱、熱延、酸洗されたのち
、直径が400mmの冷延ロールで冷間圧延されたのち
、表中に記載した条件で軟化焼鈍、酸洗されたのち性能
試験に供した。
第1表の局部腐食発生電位は、前述の電気化学的な局部
腐食発生評価試験によって得られた値で、この値が大き
いほど局部腐食か発生し難いことを示す。
局部腐食評価試験は、第3図に示した局部腐食評価試験
用試験片を用いた。第3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。この試験片を用いで、模擬凝縮液環境中で第
4図に示すように自然電位(E、。1.)より、電位を
アノード方向に20mV/winで掃引したとき、電流
密度が100μA/c−を越え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。
また、局部腐食深さの最大値は、凝縮液環境においで、
幅(W):50關、長さ(N):80關、板厚(t):
1.2龍の形状の試験片を用い、試験片表面を#320
研磨後、脱脂しで、浸漬試験を行った。
なお、試験環境は、硫酸イオン(5000ppn+) 
、炭酸イオン(3000ppm) 、塩化物イオン(3
000ppI11)、硝酸イオン(10(lppm) 
、ギ酸(100ppIIl)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dlooccを入
れた。その後、ビーカーを沸騰条件で2時間加熱し、2
4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。
また、実用状況を想定した腐食試験法としてマフラー内
部腐食模擬試験、改良塩水噴霧試験(MST)、サイク
リック腐食試験(CCT)を採用した。
(発明の効果) 本発明鋼は、第1表の局部腐食発生特性、および局部腐
食深さから比較鋼に比べ、いずれの鋼種もすぐれた耐食
性を示していた。このことから本発明鋼は、エンジン排
ガス環境のような腐食性の厳しい凝縮液環境においで、
長期にわたってすぐれた耐食性を示し、実用的に極めて
有効であることを示している。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は露点−20℃で焼鈍した場合の酸化膜状
態をGDSで調査したチャート、同じ<(b)は露点が
+10℃の場合、同じ<(c)は露点が一50℃の場合
の状態を同一条件で調査したものである。 第2図は、冷延ロール径とランクフォード値の関係に対
するMo添加量の効果を示したものである。 第3図(a)は、電気化学的な局部腐食発生評価試験に
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4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・ナツト復代理人

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量%で、 C:0.005%以上0.05%以下、 Si:0.01%以上0.8%以下、 Mn:0.05%以上1.5%以下、 Cr:12%以上18.5%以下、 Mo:0.2%以上3.0%以下、 Al:0.005%以上0.1%以下、 N:0.01%以下、 さらに、 Ti:0.05%以上1.0%以下および Nb:0.05%以上1.0%以下の群より選ばれた少
    なくとも1種を含有し、残部Feおよび不可避的不純物
    からなるステンレス鋼を、大径ロールで冷間圧延し、さ
    らに露点±0℃〜−40℃の弱酸化性雰囲気中で、82
    5〜975℃の温度範囲で軟化焼鈍し、しかる後に酸洗
    仕上げをほどこすことを特徴とする耐食性、加工成形性
    のすぐれたステンレス鋼板の製造法。
  2. (2)重量%で、 C:0.005%以上0.05%以下、 Si:0.01%以上0.8%以下、 Mn:0.05%以上1.5%以下、 Cr:12%以上18.5%以下、 Mo:0.2%以上3.0%以下、 Al:0.005%以上0.1%以下、 N:0.01%以下、 さらに、 Ti:0.05%以上1.0%以下および Nb:0.05%以上1.0%以下の群より選ばれた少
    なくとも1種と、 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%以下および Zr:0.05%以上1.0%以下の群より選ばれた少
    なくとも1種を含有し、残部Feおよび不可避的不純物
    からなるステンレス鋼を、大径ロールで冷間圧延し、さ
    らに露点±0℃〜−40℃の弱酸化性雰囲気中で、82
    5〜975℃の温度範囲で軟化焼鈍し、しかる後に酸洗
    仕上げをほどこすことを特徴とする耐食性、加工成形性
    のすぐれたステンレス鋼板の製造法。
  3. (3)重量%で、 C:0.005%以上0.05%以下、 Si:0.01%以上0.8%以下、 Mn:0.05%以上1.5%以下、 Cr:12%以上18.5%以下、 Mo:0.2%以上3.0%以下、 Al:0.005%以上0.1%以下、 N:0.01%以下、 さらに、 Ti:0.05%以上1.0%以下および Nb:0.05%以上1.0%以下の群より選ばれた少
    なくとも1種と、 Ca:0.001%以上0.03%以下およびCe:0
    .001%以上0.03%以下の群より選ばれた少なく
    とも1種を含有し、残部Feおよび不可避的不純物から
    なるステンレス鋼を、大径ロールで冷間圧延し、さらに
    露点±0℃〜−40℃の弱酸化性雰囲気中で、825〜
    975℃の温度範囲で軟化焼鈍し、しかる後に酸洗仕上
    げをほどこすことを特徴とする耐食性、加工成形性のす
    ぐれたステンレス鋼板の製造法。
  4. (4)重量%で、 C:0.005%以上0.05%以下、 Si:0.01%以上0.8%以下、 Mn:0.05%以上1.5%以下、 Cr:12%以上18.5%以下、 Mo:0.2%以上3.0%以下、 Al:0.005%以上0.1%以下、 N:0.01%以下、 さらに、 Ti:0.05%以上1.0%以下および Nb:0.05%以上1.0%以下の群より選ばれた少
    なくとも1種と、 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%以下および Zr:0.05%以上1.0%以下の群より選ばれた少
    なくとも1種と、 Ca:0.001%以上0.03%以下およびCe:0
    .01%以上0.03%以下の群より選ばれた少なくと
    も1種を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からな
    るステンレス鋼を、大径ロールで冷間圧延し、さらに露
    点±0℃〜−40℃の弱酸化性雰囲気中で、825〜9
    75℃の温度範囲で軟化焼鈍し、しかる後に酸洗仕上げ
    をほどこすことを特徴とする耐食性、加工成形性のすぐ
    れたステンレス鋼板の製造法。
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Cited By (5)

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