(57)【要約】【目的】  劣化ガソリンやバイオガソリンなど燃料に対する耐食性を有し、外面腐食に対し、融雪塩などの塩素イオンが濃縮し、乾燥湿潤が繰り返される環境でも長期的な耐食性を有する自動二輪車用燃料タンクを提供する。【構成】  組成がＣｒ：１１．０〜２３．０質量％、Ｃ：０．０１５％以下、Ｓｉ：１．０質量%以下、Ｔｉ：０．０５〜０．５０質量％又はＮｂ：０．１０〜０．５０質量％以下の一種又は二種を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物である平均結晶粒径が４０μｍ以下のフェライト系ステンレス鋼の表面にＺｎあるいはＺｎとＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，ＭｇおよびＡｌの一種以上からなる合金のめっき層を両面または内面に有する部材よりなることを特徴とする自動二輪車用燃料タンク用めっき鋼板および燃料タンク。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成がＣｒ：１１．０〜２３．０質量％、Ｃ：０．０１５％以下、Ｓｉ：１．０質量%以下、Ｔｉ：０．０５〜０．５０質量％又はＮｂ：０．１０〜０．５０質量％以下の一種又は二種を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物である平均結晶粒径が４０μｍ以下のフェライト系ステンレス鋼の表面にＺｎあるいはＺｎとＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，ＭｇおよびＡｌの一種以上からなる合金のめっき層を両面または片面に有する部材よりなることを特徴とする自動二輪車燃料タンク用めっき鋼板。
【請求項２】
ステンレス鋼が更にＭｏ：３．０質量％以下、Ｎｉ：２．０質量％、Ｃｕ：２．０質量％以下、Ｂ０．０１００質量％以下の一種又は二種以上を含有することを特徴とする、請求項１に記載の自動二輪車燃料タンク用めっき鋼板。
【請求項３】
請求項１，２に記載のめっき鋼板からなる自動二輪車用燃料タンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガソリン、メタノールを含有するガソリンや、バイオ燃料などを供給する、耐食性に優れた自動二輪車用燃料タンク用のめっき鋼板およびそれからなる燃料タンクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動二輪車用の燃料タンク用の素材としては、耐食性、加工性及び溶接性に優れたＺｎ−Ｎｉめっき鋼板が用いられている。Ｚｎ−Ｎｉめっき鋼板は片面めっきであり、タンクの内面がめっき面となり、外側にはカチオン電着塗装を施した後にポリアミド系やポリウレタン系の樹脂などの上塗り塗装が施されている。
また、軽量化の為に樹脂のタンクも使用されている。
【特許文献１】特開平１０−１８１６５５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
燃料タンクの材料に関し、Ｚｎ―Ｎｉめっき鋼板では内面の腐食により腐食生成物が生成し、燃料補給弁などを詰まらせる問題がある。特に近年南米で用いられるようになったバイオ燃料では従来のガソリンより腐食性が強いために内面の耐食性の向上が求められる。
【０００４】
内面腐食に対する耐食性の観点からは、素材にステンレス鋼を用いることが好ましいといえるが、燃料タンクは外部に露出しているため、隙間部を構成する部位においては雨水が浸入し、隙間腐食が起こるという問題がある。更に、路面に融雪塩が撒かれる地域ではこの隙間部にも塩分が進入するため、乾燥濃縮によってきわめて厳しい腐食環境となる。場合によっては孔あき腐食を起こし、タンクとしての機能を損なう場合すら存在する。
また、夏季の直射日光に曝される時期においては、タンク表面の温度は５０℃を超えこともあるため、オーステナイト系ステンレス鋼を適用した場合には、溶接施工時に生じた熱応力に起因する応力腐食割れが懸念される。一方、Ｃｒ含有量を高めたりＭｏを添加して耐食性を向上させたフェライト系ステンレス鋼の場合には、加工性が低下するという問題がある。
【０００５】
したがって、耐食性の点で従来のめっき鋼板やステンレス鋼無垢材では不十分であった自動二輪車用燃料タンク用素材について、内面耐食性および加工性を有するものの開発に対する要求があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これらの課題を解決するため、本発明では自動二輪車燃料タンク素材として、表面にＺｎあるいはＺｎとＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，ＭｇおよびＡｌの一種以上からなる合金のめっき層を両面または片面に有する、平均結晶粒径が４０μｍ以下のフェライト系ステンレス鋼を適用することとした。
【０００７】
更に、タンクを構成するフェライト系ステンレス鋼の組成がＣｒ：１１．０〜２３．０質量％、Ｃ：０．０１５％以下、Ｓｉ：１．０質量%以下、Ｔｉ：０．０５〜０．５０質量％又はＮｂ：０．１０〜０．５０質量％以下の一種又は二種を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物とすることにより、前述のめっきと組み合わせることで十分な耐食性と加工性が確保できる。
また、ステンレス鋼には更にＭｏ：３．０質量％以下、Ｎｉ：２．０質量％、Ｃｕ：２．０質量％以下、Ｂ：０．０１００質量％以下の一種又は二種以上を含有させても良い。
【０００８】
また、燃料タンク形状への加工には素材の成型加工性が良好であることが必要であるが、深絞り加工性の指標である限界絞り比ＬＤＲを２．３以上とするためには、めっき原板であるステンレス鋼の平均結晶粒径を４０μｍ以下とすればよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、自動二輪車の燃料タンクに対して、劣化ガソリンやバイオガソリンなど燃料に対する耐食性を有し、外面腐食に対し、融雪塩などの塩素イオンが濃縮し、乾燥湿潤が繰り返される環境でも長期的な耐食性を有する材料の提供が可能となった。さらに自動二輪車への複雑な絞り加工にも対応可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明鋼の防食機構について説明する。本発明においては、めっきの母材にステンレス鋼を用いるため、従来の亜鉛めっき鋼板では得られなかったＺｎの防食作用が期待できる。
従来の普通鋼に亜鉛めっきを施した鋼板の場合、金属亜鉛が鋼板上に存在しているうちは亜鉛の犠牲溶解により母材の腐食が抑制されているが、金属亜鉛が消失すると、母材の腐食が始まり、孔あきに至る。
【００１１】
この亜鉛の腐食生成物に対する防食作用はステンレス鋼板の表面に付着した亜鉛の腐食生成物が腐食過程における陰極反応である酸素還元反応を抑制する作用と、水酸化亜鉛の解離によるｐＨ緩衝作用である。この作用はめっき下地鋼にステンレス鋼を用いた場合に発現されるもので、普通鋼を用いた場合には観察されない。
また、水環境のみならず大気環境においても、腐食生成物が存在する限り、同様の防食作用が認められた。これらの防食作用は亜鉛単独の場合に限らず、亜鉛とＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，ＭｇおよびＡｌとの合金めっきとした場合にも同様な効果が認められる。
【００１２】
Ｚｎの腐食生成物による防食作用は、ステンレス鋼の隙間腐食を抑制するのにきわめて有効である。Ｚｎの腐食生成物は取り巻く環境によって異なるが、主に酸化亜鉛と水酸化亜鉛よりなる。Ｚｎは中性の水溶液中でも容易に腐食が起こる金属であり、特にＣｌ−が濃縮するような隙間環境では容易に腐食生成物が生成されるため、隙間環境でも有効である。
したがって、外面にＺｎ系めっきを施すことは、塩化物が主体である融雪剤が路上にまかれる地域における、跳ね上がって付着した融雪剤が原因の隙間腐食の防止に有効である。
【００１３】
一方、燃料タンクの内部はガソリンなどの燃料が存在する環境となる。ガソリンが劣化すると低級有機酸が生成し、これが結露水に移行して腐食環境が形成される。この内面環境に対しても、亜鉛めっきを施したステンレス鋼はＺｎの犠牲防食作用と腐食生成物の防食作用により、従来のめっき材料より劣化ガソリンに対して優れた耐食性を示す。
また素材がステンレス鋼であるためにめっき層が溶解し腐食生成物が生成しても、素材の腐食が進行せず、燃料噴射弁の目詰まりなども起こらない。
【００１４】
めっき方法は電気めっき、溶融めっき、蒸着めっきのいずれの方法でもよい。燃料タンクはシーム溶接やスポット溶接により製造されるため、溶接によってＺｎが蒸散すると溶接隙間部に対する腐食生成物の防食作用がめっき層は５ｇ／ｍ２以上あることが望ましい。
【００１５】
亜鉛めっきにおいてはその単独めっきのみでなく、めっき層にＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、ＭｇおよびＡｌを含有する場合も有効である。それらを含有させた場合にも腐食生成物としては亜鉛の水酸化物あるは酸化物が主となるため腐食生成物の生成後の防食効果には問題はない。むしろ、それらの金属元素を亜鉛めっき層中に含有させることにより、めっき層の耐食性が向上するため有効である。
また溶接性を考慮すると亜鉛めっき単独と比較すると融点が高くなるために、電極寿命が向上する。
【００１６】
本発明の自動車二輪タンクは両面にめっきを施すことを基本とするが、想定される腐食環境に応じて内面あるいは外面を片面めっきしても良い。
【００１７】
本発明におけるステンレス鋼はＣｒ：１１．０〜２３．０質量％、Ｃ：
０．０１５質量％以下、Ｓｉ：１．０質量％以下、Ｔｉ：０．０５〜０．５０質量％あるいはＮｂ：０．１０〜０．５０質量％を単独か複合、あるいはさらにＭｏ：３．０質量％以下、N：０．０２０質量％以下、Ｎｉ：２．０質量％以下、Ｃｕ：２．０質量％以下、Ｂ：０．０１００質量％以下を含有し、残部が実質的にＦｅの組成を有するフェライト系ステンレス鋼とする。
更にＭｏ：３．０質量％以下、Ｎｉ：２．０質量％、Ｃｕ：２．０質量％以下、Ｂ：０．０１００質量％以下の一種又は二種以上を含有させても良い。
【００１８】
Ｃ：０．０１５質量％以下
Ｃは炭化物を形成し、それが最終焼鈍での再結晶フェライトのランダム化の再結晶核として働く。しかしＣは冷延焼鈍後の強度を上昇させる元素であり、あまり高いと延性の低下を招き燃料タンクの加工に対して不利となるため、０．０１５％以下とした。
【００１９】
合金元素の含有量と限定理由は以下の通りである。
Ｓｉ：１．０質量％以下
Ｓｉは通常脱酸の目的のために使用するが、固溶強化能が高く、あまりその含有量が多いと材質が硬化し延性の低下を招くので、１．０％以下とした。
Ｍｎ：２．０質量％以下
オーステナイト形成元素であり、固溶強化能が小さく材質への悪影響が少ない。しかし、含有量が多いと溶製時にＭｎヒュームが生成する等、製造性が低下する。更には鋼中ＳとＭｎＳを生成し腐食の貴店となりやすいので、望ましくは成分範囲を２．０％以下とする。
【００２０】
Ｃｒ：１１．０〜２３．０質量％
Ｃｒは本発明において最も重要な元素である。Ｃｒが１１％以上あれば、亜鉛めっき防食作用は認められる。しかし、Ｃｒ量の増加は加工性を低下させるために燃料タンクへの加工が困難となり、コストも上昇するためその上限を２３．０％とする。
【００２１】
Ｎ：０．０２０質量％以下
Ｎは窒化物を形成し、Ｃと同様にそれが最終焼鈍での再結晶フェライトの結晶方位ランダム化の再結晶核として働く。しかしNは冷延焼鈍材の強度を上昇させる元素であり、あまり高いと延性の低下を招くため、０．０２０％以下とした。
【００２２】
Ａｌ：０．２質量％以下
Ａｌは溶鋼の脱酸のために０．２％を上限として添加する。０．２％を超えるとＴｉＮなどの窒化物系介在物がクラスターを生成し、表面欠陥の原因となる。
鋼中の酸素をＳｉでコントロールする場合には、無添加でも構わない。
【００２３】
Ｔｉ：０．０５〜０．５０質量％
ＴｉはＣ，Ｎを固定し、加工性および耐食性を向上させる元素であり、その効果がでる最低Ｔｉ含有量は０．０５％である。しかし、Ｔｉを添加すると、鋼材コストの増大を招き、Ｔｉ系介在物が原因の表面欠陥が問題となることから、Ｔｉ含有量の上限を０．５０％に設定した。
【００２４】
Ｎｂ：０．１０〜０．５０質量％
ＮｂはＣ，Ｎを固定し、耐衝撃特性や二次加工性を向上させる元素であり、かつ結晶粒を微細化するのに有効な元素である。これらの効果がでる最低量は０．１０％である。しかし、Ｎｂを添加しすぎると材料が硬化し加工性に悪影響をもたらす。また、再結晶温度を上げることから、上限を０．５％とする。
【００２５】
Ｂ：０．０００５〜０．０１００質量％
Ｂは、Ｎを固定し、耐食性や加工性を改善する作用をもつ合金成分であり、必要に応じて添加される。上記作用を発揮させるためには０．０００５％以上添加することが望ましい。しかし、過剰に添加すると熱間加工性の低下や溶接性の低下を招くため、上限を０．０１００％に設定した。
【００２６】
Ｍｏ：３．０質量％以下
Ｍｏは耐食性を改善するのに有効な元素であるが、過度の添加は高温での固溶強化や動的再結晶の遅滞により、熱間加工性の低下をもたらすので３．０％以下とした。
【００２７】
Ｎｉ：２．０質量％以下
Ｎｉは無添加でも構わない。Ｎｉはオーステナイト形成元素であり、２．０％を越える添加は硬質化やコスト上昇を招くため、耐酸性向上のために添加する場合は２．０％を上限とする。
【００２８】
Ｃｕ：２．０質量％以下
Ｃｕは無添加でも構わない。過度の添加は熱間加工性や耐食性を低下させるので、軟質化のために添加する場合は２．０％以下とする。
【００２９】
Ｐ：０．０５０質量％以下
Pは熱間加工性に有害な元素である。特に０．０５０％を超えるとその影響は顕著になるので、望ましくは０．０５０％以下に制限する。
【００３０】
Ｓ：０．０２０質量％
Ｓは結晶粒界に偏析しやすく、粒界脆化により熱間加工性の低下等を促進する元素である。０．０２０％を超えるとその影響は顕著になるので望ましくは０．０２０％以下である。
【００３１】
Ｖ，Ｚｒ：０．０１〜０．３０質量％
Ｖ及びＺｒは固溶Ｃを炭化物として析出させる効果による加工性を向上し、更にＺｒは鋼中の酸素を酸化物として捕えることによる加工性や靭性向上の面から有用な元素である。しかしながら、多量に添加すると製造性が低下するので、適正含有量はＶ、Ｚｒは
０．０１〜０．３０％である。
【００３２】
これら以外にもＣａ、Ｍｇ、Ｃｏ、ＲＥＭなどは原料であるスクラップや副原料より混入することもあるが、とりたてて多量に含まれる場合を除き、成形品の形状凍結性には影響ない。
【００３３】
また、本発明のステンレス鋼においては仕上焼鈍後の結晶粒径を４０μm以下にすることにより、燃料タンクヘの絞り加工性を向上させるとともに、良好な塗装外観を得ることができる。
タンク形状への絞り加工においては、リジング、肌荒れが原因で割れ、ネッキングを生じることがある。それらを抑制するために結晶粒を細粒化させることが有効である。細粒化による加工硬化現象により最も加工の厳しい部位の割れを抑制させることと、歪を分散させることによる。平均結晶粒径が４０μm以下であればその作用が発現し、加工後の鋼板の肌荒れが防止できるため、塗装によって平滑で光沢のある塗膜を得ることができる。
【００３４】
タンク外面はステンレス無垢でも構わないが、タンク外部からの耐食性や意匠性が求められる場合はカチオン電着塗装を施した後にポリアミド系やポリウレタン系の樹脂などの塗装を行う。
【実施例１】
【００３５】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。
【００３６】
真空溶解によりステンレス鋼を溶製した。それらを鍛造、熱延、冷延、焼鈍、酸洗することにより板厚１ｍｍの試験片を作製した。表1に用いた供試材の明細を示す。その後、電気めっき法あるいは溶融めっき法により１０ｇ／ｍ2のＺｎめっき、Ｚｎ−Ｎｉめっき、Ｚｎ−Ｆｅめっき、Ｚｎ−Ｃｏめっき（以上電気めっき）、Ｚｎ−ＭｇめっきおよびＺｎ−Ａｌめっき（以上溶融めっき）したものを供試材とした。
めっきの前処理として、電気めっきの場合は硫酸還元電解を、溶融めっきの場合には鉄のフラッシュめっきを行った。比較材にはＳｎ−Ｚｎめっき鋼板およびＳＵＳ３０４の２Ｂ仕上げ材を用いた。試験片はタンクの溶接施工を考慮して２枚の試験片にシーム溶接を施して溶接隙間を形成させた試験片と、タンク取り付け部の隙間を考慮して、ゴム製ガスケットで隙間を形成させた試験片の2種類を用いた。
【００３７】
【表１】
2010173525.tif 000002
【００３８】
外面に関する耐食性試験は塩乾湿複合サイクル試験により行った。試験の１サイクルは塩水噴霧（５％ＮａＣｌ、１５分）→乾燥（６０℃，３５％ＲＨ，６０分）→湿潤（５０℃，９５％ＲＨ，１８０分）であり、３００サイクル後の隙間腐食部の侵食深さから耐食性を評価した。また、内面に対する腐食試験は、市販のガソリンを水で７０％に希釈し１０ｐｐｍのギ酸を添加した試験液に４０℃で１ヶ月間鋼板を浸漬した。試験後の侵食深さにより耐食性を評価した試験結果を表２に示す。
【００３９】
【表２】
2010173525.tif 000003
【００４０】
比較例であるＳｎ−Ｚｎめっき鋼板では、外面耐食性に関しては特に素地の侵食は認められなかったが、内面耐食性に関し、深い腐食が認められた。一方、ＳＵＳ３０４では内面腐食は生じなかったものの、外面腐食試験において深い隙間腐食が認められ、シーム溶接試験片においては、溶接時の応力に起因する応力腐食割れが認められた。これに対し、本発明鋼であるＮｏ．１〜Ｎｏ．６鋼に発明のめっきを施した鋼板に隙間腐食は認められず、内面腐食も認められなかった。しかし、本発明鋼の成分を外れるＮｏ．７〜９鋼にめっきを施した鋼板では内面腐食は認められなかったものの、外面において隙間腐食が認められた。
以上の結果から、本発明鋼は隙間構造を有する場合でも塩害環境に対して優れた耐食性を有することがわかる。また、Ｚｎ−Ｎｉめっき、Ｚｎ−Ｆｅめっき、Ｚｎ−Ｃｏめっき、Ｚｎ−ＭｇめっきおよびＺｎ−Ａｌめっきを施した試験片においても隙間腐食や内面腐食は認められず、防食作用が認められた。
【実施例２】
【００４１】
燃料タンクへの加工性を評価するために表1で示した材料をさらに０．５ｍｍに冷間圧延し、焼鈍温度を９００〜１０００℃の範囲で調整することにより粒径を変えたサンプルを作製し、深絞り試験を実施した。加工性はＬＤＲ試験を実施した。ポンチ＝φ４０Ｒ４、ダイ：φ４１．９２Ｒ３でＬＤＲを評価した。ＬＤＲの測定結果を表３に示す。本発明鋼であるＮｏ．１〜Ｎｏ．３鋼はＬＤＲ２．３以上を示した。しかし、比較材であるＮｏ．８、9鋼はＬＤＲがそれより小さかった。粒径が４０μm以下であれば良好な絞り加工性を得られることがわかった。
【００４２】
【表３】
2010173525.tif 000004