(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％にて
Ｓｉ：  ０．０１  〜  ０．５０  ％、                  Ｍｎ  ：  ０．０１  〜  ０．５０  ％、
Ｃｒ：    １１．０  〜  １４．０  ％、                    Ｐ  ：  ０．０３０％以下、
Ｓ  ：  ０．００５０  ％以下、
さらにＣ  およびＮ  ならびにＴｉおよびＮｂを下記関係式を満足する量含有し、
０．０１０  ％≦Ｃ＋Ｎ≦０．０２０  ％、  ０．４％≦Ｔｉ＋Ｎｂ≦０．６  ％、
（Ｔｉ  ＋Ｎｂ）／（  Ｃ＋Ｎ）  ≧３０、
残部が鉄および不可避不純物
より成る鋼組成を有することを特徴とする自動車排気系機器用フェライト系ステンレス鋼。
【請求項２】
さらに、０．３  ≦（％Ｔｉ／％Ｎｂ）  ≦１．０  であることを特徴とする請求項１記載のフェライト系ステンレス鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、自動車排気系機器用材料として、特にエキゾーストパイプあるいはフロント・センターパイプとして用いて優れた耐食性を発揮するフェライト系ステンレス鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車排気系機器には、冬期における路上の融雪対策として行われている岩塩散布による外面側の塩害腐食に加え、エキゾーストマニホールドやフロント・センターパイプでの高温酸化、マフラーにおける排気ガス冷却に伴う内面側凝結水腐食、さらに溶接接合部の粒界腐食といった４種に大別できる腐食作用の形態が存在する。
【０００３】
従来、自動車排気系機器材料にはフレキシブルパイプとして用いられているＳＵＳ３０４系のオ−ステナイト系ステンレス鋼を除くとアルミメッキ炭素鋼やＳＵＳ４１０Ｌ  鋼等のフェライト系ステンレス鋼が使用されていた。それらはいずれも溶接管として構成され、また溶接によって他の機器への接続が行われている。
【０００４】
確かに、アルミメッキ炭素鋼は耐塩害腐食性には優れるものの、凝結水腐食等の排気ガス環境での耐食性そのものが不足し、また、ＳＵＳ４１０Ｌ  鋼では溶接熱影響部での粒界腐食が大きな問題であった。ＳＵＳ４１０Ｌ  鋼の熱影響部粒界腐食対策材としてはＴｉ含有の４０９Ｌ鋼があげられるが、この鋼種においても溶接熱影響部の耐粒界腐食性はまだ不十分であり、自動車長寿命化の中、従来の材料では耐食性が満足できず、より優れた耐食性を示すフェライト系ステンレス鋼の出現が要求されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、自動車排気系機器環境下において、特にエキゾーストマニホルドやフロントパイプやセンターパイプ等に使用され、その溶接熱影響部における優れた耐粒界腐食性を有し、同時に優れた機械的性質を兼ね備えた安価なフェライト系ステンレス鋼を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上述の自動車排気系機器の腐食環境を考慮した上で、自動車排気系機器用として用いるフェライト系ステンレス鋼の溶接熱影響部の耐食性改善には、成分調整により鋼材自体の耐粒界腐食性を向上させることが欠かせないとの観点に立ち、自動車排気系機器に使用される鋼材の機械的特性や、重要な要素であるコストのそれぞれに悪影響を及ぼすことのない耐食性改善対策を検討してきた。
【０００７】
その結果、自動車排気系環境に対する溶接熱影響部の耐食性改善には、素材の点からは特定範囲のＣｒを含有することに加え、Ｃ  、Ｎ  を特定の範囲に限定し、特に従来の知見に比べ、格段に狭い添加領域に特定したＴｉ、Ｎｂを、特定範囲内の量だけ添加することにより、素材の溶接熱影響部の耐粒界腐食性が従来鋼に比べ格段に向上し、自動車排気系機器用材料としての特性が一段と向上するという知見を得、本発明を完成した。
【０００８】
ここに、本発明の要旨とするところは、重量％にて、
Ｓｉ：  ０．０１  〜  ０．５０  ％、  Ｍｎ  ：  ０．０１  〜  ０．５０  ％、Ｃｒ：  １１．０    〜  １４．０  ％、
Ｐ  ：  ０．０３０％以下、  Ｓ：  ０．００５０  ％以下、
さらにＣ  およびＮ  ならびにＴｉおよびＮｂを下記関係式（１）  ないし（３）  を満足する量含有し、
０．０１０  ％≦Ｃ＋Ｎ≦０．０２０  ％                        ・・・・・・    （１）
０．４  ％≦Ｔｉ＋Ｎｂ≦０．６  ％                                ・・・・・・  （２）
（Ｔｉ  ＋Ｎｂ）／（  Ｃ＋Ｎ）  ≧３０                            ・・・・・・    （３）
残部が鉄および不可避不純物
より成る鋼組成を有することを特徴とする自動車排気系機器用フェライト系ステンレス鋼である。
【０００９】
本発明の好適態様によれば、上記鋼組成は、さらに、０．３  ≦（％Ｔｉ／％Ｎｂ）  ≦１．０  とすることで結晶粒粗大化阻止効果のさらなる改善を図ることができる。
上記関係式（１）  ないし（３）  の範囲を図示すれば図１の斜線領域で示す通りであり、極く制限された領域においてはじめて本発明の目的が達成されるのが分かる。
【００１０】
【作用】
本発明にかかるフェライト系ステンレス鋼において、鋼組成を前記の如くに数値限定した理由を以下に説明する。なお、本明細書において「％」は特にことわりがない限り、「重量％」を示す。
【００１１】
（ｉ）  Ｃ  、Ｎ
鋼中のＣ  およびＮ  は含有量が多くなると機械的性質と耐食性の劣化を招くばかりか、溶接時にできる熱影響部の耐食性にも悪影響を及ぼすが、その上限を  （％Ｃ  ＋％Ｎ）≦０．０２０  ％に制限することによってそのような弊害は実際上容認できる程度に抑えられる。また、その  （Ｃ＋Ｎ）  含有量を極端に低下させることは製造コスト上昇を招くため、通常の精錬技術で低減可能な  （％Ｃ  ＋％Ｎ）≧０．０１０  ％とする。前述の式（１）  参照。
【００１２】
（ｉｉ）  Ｓｉ
鋼中Ｓｉは有効な脱酸元素であり、また０．０１％以上の添加で耐酸化性向上にも有効であるが、その含有量が０．５０％を越えると鋼質が必要以上に硬くなり冷間加工性を低下させることから、Ｓｉの含有量は０．５０％以下と限定した。
【００１３】
（ｉｉｉ）  Ｍｎ
鋼中Ｍｎは有効な脱酸元素であり、また０．０１％以上の添加で熱間加工性を改善する効果があるが、その含有量が高いとＭｎＳ  を形成し耐食性劣化を招くので低い方が好ましい。従ってＭｎの含有量は０．５０％以下と限定した。
【００１４】
（ｉｖ）  Ｐ
鋼中Ｐは、耐食性に有害となる場合があり、一般に不純物元素であるので低い方が好ましい。従って、Ｐ  の含有量を０．０３０  ％以下と限定した。
【００１５】
（ｖ）  Ｓ
鋼中ＳもＰと同様に不純物元素であり、その過度の量の存在は耐食性と熱間加工性を著しく劣化させる傾向があり、その含有量は低い方が望ましい。従って、Ｓ  の含有量は０．００５０％以下に限定する。
【００１６】
（ｖｉ）  Ｃｒ
Ｃｒは本発明にかかるフェライト系ステンレス鋼の基本的な耐食性を決定する重要な元素であり、その含有量を増すに従い耐食性は向上する。例えば、フロント・センターパイプとして用いた場合の高温酸化、排ガス結露腐食、塩害腐食等の腐食環境を考慮すると１１％以上のＣｒ含有量が必要となるが、１４％を超えてＣｒを添加しても耐食性向上以上に材料のコストアップが目立つ。従ってＣｒの含有量は１１％以上１４％以下と限定する。
【００１７】
（ｖｉｉ）  Ｔｉ、Ｎｂ
鋼中Ｔｉ、Ｎｂは溶接の際の外部要因によりＣ  、Ｎ  汚染に伴う溶接部での耐食性劣化および靱性劣化を防止するために添加する。また、Ｔｉ、Ｎｂには母材の結晶粒粗大化ならびに溶接熱影響部の結晶粒粗大化をそれぞれ抑制する効果があり、このような効果を発揮させるためには  （％Ｔｉ＋％Ｎｂ）  ≧３０  （Ｃ  ＋Ｎ）％かつ  （％Ｔｉ＋％Ｎｂ）  ≧０．４  ％の量だけ必要とする。ただし、Ｔｉ、Ｎｂが多量に存在する場合はＬａｖｅｓ  相析出が顕著となるほか、靱性の劣化が目立つようになるためその含有上限を  （％Ｔｉ＋％Ｎｂ）  ≦０．６  ％に制限した。前述の式（２）  、（３）  参照。
【００１８】
さらに上記の結晶粒粗大化阻止性能をより効果的に発揮させるためには鋼中Ｔｉ、Ｎｂ濃度比率を  （％Ｔｉ／％Ｎｂ）  がほぼ０．５０、一般には０．３  以上１．０  以下とすることが好ましい。
【００１９】
かくして、本発明にかかるフェライト系ステンレス鋼は、次のような耐食性および機械的特性を有し、鋼板として製造してからいわゆる溶接鋼管の加工してエキゾーストマニホルド、センターパイプ、フロントパイプ等の自動車用排気系機器に用いられる。かかる加工手段等については本発明にあって特に制限されず、慣用手段によればよい。
【００２０】
耐食性  ：    排気系機器の内外面環境における溶接熱影響部での優れた耐粒界腐食性。
機械的特性  ：    従来より使用されている１２％Ｃｒ鋼（ＳＵＳ４１０Ｌ、ＳＵＨ４０９）  と同等の機械的特性を有し、容易に造管可能である。
次に、実施例によって本発明の作用効果をさらに具体的に説明する。
【００２１】
【実施例】
（実施例１）
まず、表１に示される成分組成を有するフェライト系ステンレス鋼を溶製し、それをインゴットに鋳込み、鋳込み後各インゴットを鍛造し、次いで、１２００℃で熱間圧延を行った。さらに、このようにして得られた熱延板を９２０  ℃で焼鈍後空冷の熱処理を実施した後、試験片に加工した。
【００２２】
このようにして得られた試験片について再現熱サイクル装置により高周波加熱、急冷を行い溶接熱影響部を再現した後、ストラウス試験  （ＪＩＳ  Ｇ−０５７５    硫酸−  硫酸銅腐食試験法）  を用いて粒界腐食性を調査した。
【００２３】
再現熱サイクル装置による溶接熱影響部の再現方法を図２（ａ）  、（ｂ）  に示す。それによれば図２（ａ）に示すように、前述のようにして用意した試験片２０に対し高周波加熱コイル２２を使って図中点線で示す再現熱影響部２４を局部加熱した。このときの処理条件は、図２（ｂ）  に示すように、１３５０℃に１秒間保持し、次いで８００  →５００  ℃までの間を１０秒かけて冷却する急冷処理であった。
【００２４】
試験結果は（Ｔｉ＋Ｎｂ）  量と（Ｃ＋Ｎ）  量とで整理してグラフにまとめ図３に示す。図中の数字および記号は供試鋼の番号および記号をそれぞれ示す。図中、○を合格とした。以下いずれも同じ。前述の式（２）  、（３）  が示すように０．４％≦（Ｔｉ＋Ｎｂ）  ≦０．６％、かつ（Ｔｉ＋Ｎｂ）／（Ｃ＋Ｎ）  ≧３０の範囲内にあるときにすぐれた耐粒界腐食性を示すことが分かる。
【００２５】
図３に示される結果からも、本発明にかかる鋼は上記の再現熱影響部での優れた耐粒界腐食性を有することが判明した。
なお、図１に示される範囲内では容易に造管を実施することが可能であり、優れた機械的性質を示した。
【００２６】
（実施例２）
実施例１と同様に表１に示される成分組成を有するフェライト系ステンレス鋼にＭＡＧ  溶接を実施し、図４に示すように溶接ビードを載せた鋼板を図中点線で示すように切り出して、それぞれ半浸漬試験用およびストラウス試験用の試験片に加工した後、ストラウス試験や自動車マフラー内面腐食環境を模擬した半浸漬試験を実施した。
【００２７】
ＭＡＧ  溶接および半浸漬試験は以下の条件で行った。
［ＭＡＧ溶接条件］
雰囲気    ：    Ａｒ−２０％ＣＯ２  
溶接電流：    ４０〜６０  ［Ａ］
溶接電圧：    １８〜２０  ［Ｖ］
溶接速度：    ５００  〜６００  ［ｍｍ／ｍｉｎ］
溶接心線：    Ｙ３０９、１．２  φ
（溶接裏波が出る程度に溶接時に条件を最終調整）
［半浸漬試験条件］
冷却器付き三角フラスコを使用。試験片は直立
８０℃、５００  時間
模擬凝縮液
［Ｃｌ−  ：  １００ｐｐｍ、  ＮＯ３−  ：  ２０ｐｐｍ  、ＳＯ４２−  ：６００ｐｐｍ、ＳＯ３２−  ：６００ｐｐｍ、ＣＨ３ＣＯＯ−  ：８００ｐｐｍ、ｐＨ４．０］
ストラウス試験結果を図５に、半浸漬試験結果を図６に、ぞれぞれ溶接熱影響部の粒界腐食の有無により整理した結果を示した。
【００２８】
図５に示される結果からは、図３と比較して、比較用の供試鋼Ｎｏ．７が合格するなど腐食の程度は若干緩やかであったが傾向は同様であり、本発明にかかる鋼は優れた耐粒界腐食性をいずれも示すことが判明した。また、図６からも、本発明にかかる鋼はすぐれた耐粒界腐食性を示し、自動車マフラー模擬環境下において優れた耐食性を示すことが判明した。
以上の結果より、本発明鋼は自動車排気系機器用材料として十分に満足し得る性能を発揮することが明らかである。
【００２９】
（実施例３）
Ｔｉ、Ｎｂを複合添加することにより溶接熱影響部ですぐれた耐粒界腐食性を示すことは実施例１、２で示した。そこで、本例では、さらに、表２に示される成分組成を有するフェライト系ステンレス鋼について鋼中のＴｉ、Ｎｂ濃度比を変化させた試験片を作成し、実施例１と同じく再現熱サイクル装置で鋭敏化処理し、ストラウス試験を実施した。
【００３０】
試験結果は表２に併せて示した。Ｔｉ／Ｎｂを０．３  〜１．０  に規制することによって熱影響部の粒界腐食はほゞ完全に阻止されることが分かる。
表２の結果より、本発明にかかる鋼は優れた耐粒界腐食性を示すことが判明した。
【００３１】
【表１】
0003560032.tif 000002
【００３２】
【表２】
0003560032.tif 000003
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、自動車が使用される環境において優れた耐食性を示す上、自動車排気系機器用鋼管に要求されるその他の特性をも十分に満足することができ、大幅なコストアップを伴うことなく自動車の更なる耐久性改善に寄与し得るなど、産業上有用な効果がもたらされるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるＣ、ＮならびにＴｉ、Ｎｂの含有量を図示するグラフである。
【図２】図２（ａ）  は、再現熱サイクル装置による溶接熱影響部再現方法を、図２（ｂ）  はそのときの加熱冷却処理条件をそれぞれ示す説明図である。
【図３】再現熱サイクル装置により鋭敏化処理した後、ストラウス試験を実施した鋼板の鋼中Ｃ  、Ｎ  とＴｉ、Ｎｂの関係を粒界腐食有無で整理したグラフである。
【図４】ＭＡＧ溶接試験片の採取方法を示した説明図である。
【図５】ＭＡＧ溶接した後、ストラウス試験を実施した鋼板の鋼中Ｃ  、Ｎ  とＴｉ、Ｎｂの関係を粒界腐食有無で整理したグラフである。
【図６】ＭＡＧ溶接した後、半浸漬試験を実施した鋼板の鋼中Ｃ  、Ｎ  とＴｉ、Ｎｂの関係を粒界腐食有無で整理したグラフである。
【図１】
0003560032.tif 000004
【図２】
0003560032.tif 000005
【図３】
0003560032.tif 000006
【図４】
0003560032.tif 000007
【図５】
0003560032.tif 000008
【図６】
0003560032.tif 000009