(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．００１〜０．０２０％、
Ｓｉ：０．１０〜３．０％、
Ｍｎ：０．１０〜２．０％、
Ｐ：０．０１０〜０．０４０％、
Ｓ：０．０００１〜０．０１００％、
Ｃｒ：１０．０〜２５．０％、
Ｎ：０．００１〜０．０３０％、
Ｂ：０．０００２〜０．００５０％、
Ａｌ：０．００３〜０．３０％、および、
Ｖ：０．０５〜１．０％と、
Ｔｉおよび／またはＮｂ：合計０．１０〜０．８０％と、
Ｎｉ：０〜１．０％、
Ｍｏ：０〜２．０％、
Ｃｕ：０〜３．０％、
Ｍｇ：０〜０．００３０％、
Ｓｎ：０〜０．３０％、
Ｓｂ：０〜０．３０％、
Ｚｒ：０〜０．１０％、
Ｔａ：０〜０．１０％、
Ｈｆ：０〜０．１０％、
Ｗ：０〜２．０％、
Ｃｏ：０〜０．２％、
Ｃａ：０〜０．００３０％、
ＲＥＭ：０〜０．０５０％、および、
Ｇａ：０〜０．１％と、
残部：Ｆｅおよび不純物とである、鋼板であって、
前記鋼板が、その両面に凹凸を有し、
前記凹凸が、厚さ方向において、一方の表面にある凸部に対応する位置に凹部を備え、
前記凹凸の高さが０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下、かつ、前記凹凸の立ち上げ角度が１°以上２０°以下の凹凸を有する、排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板。
【請求項２】
前記化学組成が、質量％で、
Ｎｉ：０．１〜１．０％、
Ｍｏ：０．１〜２．０％、
Ｃｕ：０．１〜３．０％、
Ｍｇ：０．０００２〜０．００３０％、
Ｓｎ：０．０１〜０．３０％、
Ｓｂ：０．０１〜０．３０％、
Ｚｒ：０．０１〜０．１０％、
Ｔａ：０．０１〜０．１０％、
Ｈｆ：０．０１〜０．１０％、
Ｗ：０．０１〜２．０％、
Ｃｏ：０．０１〜０．２％、
Ｃａ：０．０００１〜０．００３０％、
ＲＥＭ：０．００１〜０．０５０％、および、
Ｇａ：０．０００２〜０．１％、
から選択される１種以上を含有する、請求項１に記載の排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板および排気マニホールドに関する。特に、高温強度および耐酸化性が必要な自動車の排気系部材等の使用に最適なフェライト系ステンレス鋼板、および、該フェライト系ステンレス鋼板を素材とした排気マニホールドに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のエキゾーストマニホールド、コンバーター、フロントパイプおよびマフラー等の排気系部材には、高温強度および耐酸化性が要求されるため、Ｃｒを含有した耐熱鋼が使用されている。従来、自動車の排気系部材には鋳鉄が使用されるのが一般的であった。しかしながら、排ガス規制の強化、エンジン性能の向上、および、車体軽量化等の観点から、ステンレス鋼製の排気マニホールドが使用されるようになった。
【０００３】
排ガス温度は、車種およびエンジン構造によって異なるが、一般のガソリン車では７００〜９００℃程度が多い。このような温度域で長時間使用される環境において、高い高温強度および耐酸化性を有する材料が要望されている。これらの部材は、鋼板からプレス加工により製造される場合、鋼板を複数のプレス成形によって所定の形状に成形するため、素材鋼板の加工性が求められる。また、使用環境温度が年々高温化しており、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ等の合金含有量を増加させて、高温強度および熱疲労特性等を高める必要が出てきた。さらに、燃費および環境対策から自動車の軽量化志向が進み、部材の軽量化、すなわち鋼板の薄手化も急速に進められている。
【０００４】
ステンレス鋼の中でオーステナイト系ステンレス鋼は、耐熱性および加工性に優れているが、熱膨張係数が大きいため、排気マニホールドのように加熱および冷却を繰り返し受ける部材に適用した場合、熱疲労破壊が生じやすい。一方、フェライト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼に比べて熱膨張係数が小さいため、熱疲労特性および耐スケール剥離性に優れている。また、フェライト系ステンレス鋼は、Ｎｉを含有しないため、オーステナイト系ステンレス鋼に比べて材料コストが安く、汎用的に使用されている。ただし、フェライト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼に比べて高温強度が低い。そのため、フェライト系ステンレス鋼の高温強度を向上させる技術が開発されてきた。このようなフェライト系ステンレス鋼として、例えば、ＳＵＳ４３０Ｊ１（Ｎｂ添加鋼）、Ｎｂ−Ｓｉ添加鋼、ＳＵＳ４４４（Ｎｂ−Ｍｏ添加鋼）があり、いずれもＮｂ添加が前提となっている。これは、Ｎｂによる固溶強化または析出強化によって、高温強度を高くするものであった。
【０００５】
Ｎｂ以外に高温強度向上に寄与する合金として、特許文献１〜４には、ＣｕまたはＣｕ−Ｖを複合添加する技術が開示されている。特許文献１において、Ｃｕは、低温靭性向上のために０．５％以下の添加が検討されており、耐熱性を向上させるための添加では無い。特許文献２〜４では、Ｃｕ析出物による析出硬化を利用して、６００℃または７００〜８００℃の温度域における高温強度を向上させる技術が開示されている。特許文献１、２および５〜７には、高温特性に優れたフェライト系ステンレス鋼として、Ｂを含有した鋼が開示されている。これら従来技術は、いずれも排ガス温度が８５０℃までの場合に適用できるものであって、最も耐熱性に優れたＳＵＳ４４４であっても、９００℃超の排ガス雰囲気には高温強度、熱疲労および耐酸化性の点で対応できなかった。近年の地球環境保護の観点から、自動車の排ガスを高温化させて燃費効率を向上させる動きがあり、これにより排ガス温度は９５０℃まで上昇するとされている。この場合、既存の鋼では排気マニホールドを構成することは困難である。
【０００６】
排気ガスの高温化対策として、特許文献８〜１３には、Ｗを含有したフェライト系ステンレス鋼に関する技術が開示されている。Ｗは、高温強度を向上させる元素として知られている。しかしながら、Ｗを含有することにより、加工性（伸び）が悪くなり、部品加工が困難になる問題点、および、コストの面で課題があった。また、Ｗは、高温ではＦｅと結合して後述するＬａｖｅｓ相として析出するため、Ｌａｖｅｓ相が粗大化した場合、効果的に耐熱性を向上させることが出来ないという課題があった。したがって、Ｗを含有したフェライト系ステンレス鋼は、排気マニホールドのように、エンジンの起動および停止に伴う熱サイクルを受ける場合、長時間使用段階で著しく高温強度が低下することにより、熱疲労破壊を起こす危険性があった。
【０００７】
このように、従来、排気ガス温度の高温化、ならびに、鋼板の薄手および軽量化等の対策として、フェライト系ステンレス鋼板に種々の合金元素を多量に含有させることが成されてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−３７１７６号公報
【特許文献２】国際公開第２００３／００４７１４号
【特許文献３】特開２０００−２９７３５５号公報
【特許文献４】特開２０００−３０３１４９号公報
【特許文献５】特開平９−２７９３１２号公報
【特許文献６】特開２０００−１６９９４３号公報
【特許文献７】特開平１０−２０４５９０号公報
【特許文献８】特開２００９−２１５６４８号公報
【特許文献９】特開２００９−２３５５５５号公報
【特許文献１０】特開２００５−２０６９４４号公報
【特許文献１１】特開２００８−１８９９７４号公報
【特許文献１２】特開２００９−１２０８９３号公報
【特許文献１３】特開２００９−１２０８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、フェライト系ステンレス鋼板に含有する合金元素が増加すると、素材鋼板のプレス加工性が著しく劣化するという問題があった。また、高強度化によって、フェライト系ステンレス鋼板を薄手化することが可能になるものの、耐熱性を確保する事が困難であるという問題があった。
【００１０】
本発明は、このような現状に鑑み、高強度かつ薄手で、加工性および耐熱性に優れた排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板および排気マニホールドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、フェライト系ステンレス鋼板の加工性および耐熱性について、排気マニホールドの要求性能を考慮して、詳細に研究を行った。その結果、フェライト系ステンレス鋼板の鋼成分とともに、排気マニホールドの素材となる鋼板表面に凹凸を形成することにより、加工性および耐熱性に優れたフェライト系ステンレス鋼板および排気マニホールドを提供するに至った。
【００１２】
本発明の要旨は、下記に示すフェライト系ステンレス鋼板および排気マニホールドにある。
【００１３】
（１）化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．００１〜０．０２０％、
Ｓｉ：０．１０〜３．０％、
Ｍｎ：０．１０〜２．０％、
Ｐ：０．０１０〜０．０４０％、
Ｓ：０．０００１〜０．０１００％、
Ｃｒ：１０．０〜２５．０％、
Ｎ：０．００１〜０．０３０％、
Ｂ：０．０００２〜０．００５０％、
Ａｌ：０．００３〜０．３０％、および、
Ｖ：０．０５〜１．０％と、
Ｔｉおよび／またはＮｂ：合計０．１０〜０．８０％と、
Ｎｉ：０〜１．０％、
Ｍｏ：０〜２．０％、
Ｃｕ：０〜３．０％、
Ｍｇ：０〜０．００３０％、
Ｓｎ：０〜０．３０％、
Ｓｂ：０〜０．３０％、
Ｚｒ：０〜０．１０％、
Ｔａ：０〜０．１０％、
Ｈｆ：０〜０．１０％、
Ｗ：０〜２．０％、
Ｃｏ：０〜０．２％、
Ｃａ：０〜０．００３０％、
ＲＥＭ：０〜０．０５０％、および、
Ｇａ：０〜０．１％と、
残部：Ｆｅおよび不純物とであり、
表面に高さ１．０ｍｍ以下、かつ、立ち上げ角度が２０°以下の凹凸を有する、排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板。
【００１４】
（２）前記化学組成が、質量％で、
Ｎｉ：０．１〜１．０％、
Ｍｏ：０．１〜２．０％、
Ｃｕ：０．１〜３．０％、
Ｍｇ：０．０００２〜０．００３０％、
Ｓｎ：０．０１〜０．３０％、
Ｓｂ：０．０１〜０．３０％、
Ｚｒ：０．０１〜０．１０％、
Ｔａ：０．０１〜０．１０％、
Ｈｆ：０．０１〜０．１０％、
Ｗ：０．０１〜２．０％、
Ｃｏ：０．０１〜０．２％、
Ｃａ：０．０００１〜０．００３０％、
ＲＥＭ：０．００１〜０．０５０％、および、
Ｇａ：０．０００２〜０．１％、
から選択される１種以上を含有する、前記（１）に記載の排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板。
【００１５】
（３）常温の破断伸びが２０％以上である、前記（１）または（２）に記載の排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板。
【００１６】
（４）前記（１）〜（３）のいずれか一つに記載のフェライト系ステンレス鋼板を用いた、排気マニホールド。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高強度かつ薄手で、加工性および耐熱性に優れた排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板および排気マニホールドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１（ａ）は、本発明の排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板１の一部を正面から見たときの模式図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板１のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】図２は、ＳＵＳ４４４の鋼板について、凹凸の有無による高温引張強度を比較した結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の各要件について詳しく説明する。
【００２０】
１．排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板
＜化学組成＞
まず、本発明の排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板の化学組成について説明する。各元素の作用効果と、含有量の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。
【００２１】
Ｃ：０．００１〜０．０２０％
Ｃは、固溶Ｃによる硬質化、延性低下および炭化物析出による高温強度を低下させるため、その含有量は少ないほうが良い。そのため、Ｃ含有量は０．０２０％以下とする。一方、Ｃ含有量の過度の低減は、精錬コストの増加に繋がる。そのため、Ｃ含有量は０．００１％以上とする。なお、製造コスト、耐食性および熱延板靭性を考慮すると、Ｃ含有量は、０．００２％以上であることが好ましく、０．０１０％以下であることが好ましい。
【００２２】
Ｓｉ：０．１０〜３．０％
Ｓｉは、脱酸元素として含有される場合がある他、耐酸化性および高温強度の向上をもたらす。前記効果を得るため、Ｓｉ含有量は０．１０％以上とする。一方、Ｓｉ含有量が３．０％を超えると、延性および靭性が著しく低下する。そのため、Ｓｉ含有量は３．０％以下とする。なお、Ｓｉ含有量の過度の低減は、精錬コストの増加に繋がる。また、材質および耐初期錆び性を考慮して、Ｓｉ含有量は、０．２０％以上であることが好ましく、１．０％以下であることが好ましい。
【００２３】
Ｍｎ：０．１０〜２．０％
Ｍｎは、Ｓｉ同様、固溶強化元素である他、低中温域の高温強度向上に有効な元素である。また、スケール密着性の向上にも有効な元素である。前記効果を得るため、Ｍｎ含有量は０．１０％以上とする。一方、Ｍｎ含有量が２．０％を超える場合、延性の低下、ＭｎＳ等の析出物生成に起因した靭性の低下、および、異常酸化の促進が生じる。そのため、Ｍｎ含有量は２．０％以下とする。なお、Ｍｎ含有量の過度の低減は、精錬コストの増加に繋がる。また、材質および製造コストを考慮すると、Ｍｎ含有量は、０．１５％以上であることが好ましく、１．０％以下であることが好ましい。
【００２４】
Ｐ：０．０１０〜０．０４０％
Ｐは、固溶強化元素であり、材料を硬質化させる。そのため、延性および靭性の観点から、Ｐ含有量は少ないほうが良い。したがって、Ｐ含有量は０．０４０％以下とする。一方、Ｐ含有量の過度の低減は、原料コストの増加に繋がる。そのため、Ｐ含有量は０．０１０％以上とする。なお、製造コストおよび耐食性を考慮すると、Ｐ含有量は、０．０１５％以上であることが好ましく、０．０３０％以下であることが好ましい。
【００２５】
Ｓ：０．０００１〜０．０１００％
Ｓは、耐食性および耐酸化性を劣化させる元素である。そのため、Ｓ含有量は少ないほうが良い。そのため、Ｓ含有量は０．０００１％以上とする。一方、Ｓ含有量が０．０１００％を超える場合、ＭｎＳ、Ｔｉ４Ｃ２Ｓ２等の析出物生成に起因して延性および靭性が劣化する。そのため、Ｓ含有量は０．０１００％以下とする。精錬コスト、および、鋼板を排気部品とした際の隙間腐食抑制を考慮すると、Ｓ含有量は、０．０００５％以上であることが好ましく、０．００３０％以下であることが好ましい。
【００２６】
Ｃｒ：１０．０〜２５．０％
Ｃｒは、耐食性および耐酸化性を向上させる元素である。排気マニホールドの温度環境を想定すると、Ｃｒ含有量は１０．０％以上である必要がある。一方、Ｃｒの過度な含有は、鋼板が硬質となり加工性および靭性を劣化させる。そのため、Ｃｒ含有量は２５．０％以下とした。なお、初期錆び性、製造コストおよび靭性劣化による製造時の板破断を考慮すると、Ｃｒ含有量は、１０．５％以上であることが好ましく、２０．０％以下であることが好ましい。
【００２７】
Ｎ：０．００１〜０．０３０％
Ｎは、Ｃと同様に靭性および耐食性を劣化させる。そのため、Ｎ含有量は少ないほうが良い。しかしながら、Ｎ含有量の過度の低下は、精錬コストの増加に繋がる。そのため、Ｎ含有量は０．００１％以上とする。一方、Ｎ含有量が０．０３０％を超える場合、窒化物生成に起因して著しく低延性および靭性化する。そのため、Ｎ含有量は０．０３０％以下とする。なお、製造コスト、加工性および初期錆び性を考慮すると、Ｎ含有量は、０．００５％以上であることが好ましく、０．０２０％以下であることが好ましい。
【００２８】
Ｂ：０．０００２〜０．００５０％
Ｂは、粒界に偏析することで製品の２次加工性を向上させる元素である。本発明の排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板の場合、該鋼板表面に凹凸が形成されており、プレス加工時のＲ部での割れ抑制の点から、必須な元素である。また、高温強度向上にも有効な元素であり、Ｃｕとの複合添加ではε−Ｃｕの微細析出強化、ＮｂおよびＭｏとの複合添加ではＬａｖｅｓ相の微細析出強化、ＴｉおよびＰとの複合添加ではＦｅＴｉＰの微細析出強化が効果的に作用する。これらの効果を得るため、Ｂ含有量は０．０００２％以上とする。一方、Ｂ含有量が０．００５０％を超えると、延性が低下する他、ホウ化物が析出して脆性破壊の起点となる。そのため、Ｂ含有量は０．００５０％以下とする。なお、コストおよび延性低下を考慮すると、Ｂ含有量は０．０００５％以上であることが好ましく、０．００２０％以下であることが好ましい。
【００２９】
Ｔｉおよび／またはＮｂ：合計０．１０〜０．８０％
ＴｉおよびＮｂは、Ｃ、ＮおよびＳと結合して加工性、耐食性、耐粒界腐食性および靭性を向上させるため、１種以上を含有する。特に、Ｎｂは、高温強度を向上させる効果が強く、ＴｉとＮｂとの複合添加により、この効果が大きく得られる。これらの作用は、Ｔｉおよび／またはＮｂの含有量の合計が０．１０％以上で発現する。そのため、Ｔｉおよび／またはＮｂの含有量の合計を０．１０％以上とする。一方、ＴｉおよびＮｂの過度な含有は、粗大な炭窒化物および硫化物の形成に繋がり、低延性および低靭化をもたらす。そのため、Ｔｉおよび／またはＮｂの含有量の合計を０．８０％以下とする。なお、製造コストなどを考慮すると、Ｔｉおよび／またはＮｂの含有量の合計は、０．２０％以上であることが好ましく、０．６０％以下であることが好ましい。
【００３０】
Ａｌ：０．００３〜０．３０％
Ａｌは、脱酸元素として有効な元素である。その作用は、Ａｌ含有量が０．００３％以上から発現する。そのため、Ａｌ含有量は０．００３％以上とする。一方、Ａｌ含有量が０．３０％を超えると、延性および靭性の低下、ならびに、溶接性および表面品質の劣化をもたらす。そのため、Ａｌ含有量は０．３０％以下とする。なお、精錬コストを考慮すると、Ａｌ含有量は、０．０１０％以上であることが好ましく、０．１０％以下であることが好ましい。
【００３１】
Ｖ：０．０５〜１．０％
Ｖは、隙間腐食を抑制させる他、微量添加によって靭性向上に寄与する。この作用は、Ｖ含有量が０．０５％以上から発現する。そのため、Ｖ含有量は０．０５％以上とする。一方、Ｖの過度な含有は、鋼板を硬質化し、加工性を劣化させる他、粗大なＶ（Ｃ、Ｎ）が析出することによって、靭性劣化につながる。そのため、Ｖ含有量は１．０％以下とする。なお、原料コストおよび初期錆び性を考慮すると、Ｖ含有量は、０．０７％以上であることが好ましく、０．２％以下であることが好ましい。
【００３２】
Ｎｉ：０〜１．０％
Ｎｉは、隙間腐食の抑制および再不働態化を促進することにより、耐初期錆び性を向上させるため、含有させてもよい。この作用は、Ｎｉ含有量が０．１％以上で発現する。そのため、Ｎｉ含有量は０．１％以上であることが好ましい。一方、Ｎｉの過度な含有は、鋼板を硬質化し、延性を低下させる。そのため、Ｎｉ含有量は１．０％以下とする。なお、原料コストを考慮すると、Ｎｉ含有量は、０．２％以上であることがより好ましく、０．５％以下であることが好ましい。
【００３３】
Ｍｏ：０〜２．０％
Ｍｏは、耐食性および高温強度を向上させる元素であり、特に、隙間構造を有する場合には、隙間腐食を抑制するために必要な元素であるため、含有させてもよい。この作用は、Ｍｏ含有量が０．１％以上で発現する。そのため、Ｍｏ含有量は０．１％以上であることが好ましい。一方、Ｍｏ含有量が２．０％を越えると、著しく加工性が劣化し、かつ、製造時の靭性が劣化する。そのため、Ｍｏ含有量は２．０％以下とする。なお、製造コストを考慮すると、Ｍｏ含有量は、０．２％以上であることがより好ましく、１．２％以下であることが好ましい。
【００３４】
Ｃｕ：０〜３．０％
Ｃｕは、高温強度向上の他、隙間腐食の抑制および再不働態化を促進させるため、含有させてもよい。高温強度向上は、ε−Ｃｕの析出によるものである。この作用は、Ｃｕ含有量が０．１％以上で発現する。そのため、Ｃｕ含有量は０．１％以上であることが好ましい。一方、Ｃｕの過度な含有は、固溶Ｃｕにより鋼板が硬質化することにより、加工性および靭性を劣化させる。そのため、Ｃｕ含有量は３．０％以下とした。なお、製造時の酸洗性等を考慮すると、Ｃｕ含有量は、０．２％以上であることがより好ましく、１．２％以下であることが好ましい。
【００３５】
Ｍｇ：０〜０．００３０％
Ｍｇは、脱酸元素として有効な元素である他、スラブの組織を微細化させ、加工性向上に寄与する元素であるため、含有させてもよい。また、Ｍｇ酸化物は、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）およびＮｂ（Ｃ、Ｎ）等の炭窒化物の析出サイトになり、これらを微細分散析出させる効果がある。この作用は、Ｍｇ含有量が０．０００２％以上で発現し、靭性向上に寄与する。そのため、Ｍｇ含有量は０．０００２％以上であることが好ましい。一方、Ｍｇの過度な含有は、溶接性および耐食性の劣化につながる。そのため、Ｍｇ含有量は０．００３０％以下とする。なお、精錬コストを考慮すると、Ｍｇ含有量は、０．０００３％以上であることがより好ましく、０．００１０％以下であることが好ましい。
【００３６】
Ｓｎ：０〜０．３０％
Ｓｂ：０〜０．３０％
ＳｎおよびＳｂは、耐食性および高温強度の向上に寄与するため、含有させてもよい。前記効果を得るため、ＳｎおよびＳｂの含有量は、それぞれ０．０１％以上であることが好ましい。一方、ＳｎおよびＳｂの含有量がそれぞれ０．３０％を超えると、鋼板製造時のスラブ割れおよび排気マニホールドの低靭化が生じる。そのため、ＳｎおよびＳｂの含有量は、それぞれ０．３０％以下とする。なお、精錬コストおよび製造性を考慮すると、ＳｎおよびＳｂの含有量は、それぞれ０．０２％以上であることがより好ましく、それぞれ０．１５％以下であることが好ましい。
【００３７】
Ｚｒ：０〜０．１０％
Ｔａ：０〜０．１０％
Ｈｆ：０〜０．１０％
Ｚｒ、ＴａおよびＨｆは、ＣおよびＮと結合して靭性の向上に寄与するため、含有させてもよい。前記効果を得るため、Ｚｒ、ＴａおよびＨｆの含有量は、それぞれ０．０１％以上であることが好ましい。一方、Ｚｒ、ＴａおよびＨｆの含有量がそれぞれ０．１０％を超えると、コスト増になる他、製造性を著しく劣化させる。そのため、Ｚｒ、ＴａおよびＨｆの含有量は、それぞれ０．１０％以下とする。なお、精錬コストおよび製造性を考慮すると、Ｚｒ、ＴａおよびＨｆの含有量は、それぞれ０．０２％以上であることがより好ましく、０．０８％以下であることが好ましい。
【００３８】
Ｗ：０〜２．０％
Ｗは、耐食性および高温強度の向上に寄与するため、含有させてもよい。前記効果を得るため、Ｗ含有量は０．０１％以上であることが好ましい。一方、Ｗ含有量が２．０％を超えると、鋼板製造時の靭性劣化につながる。そのため、Ｗ含有量は２．０％以下とする。なお、精錬コストおよび製造性を考慮すると、Ｗ含有量は、０．０２％以上であることがより好ましく、１．０％以下であることが好ましい。
【００３９】
Ｃｏ：０〜０．２％
Ｃｏは、高温強度の向上に寄与するため、含有させてもよい。前記効果を得るため、Ｃｏ含有量は０．０１％以上であることが好ましい。一方、Ｃｏ含有量が０．２％を超えると、靭性劣化につながる。そのため、Ｃｏ含有量は０．２％以下とする。なお、精錬コストおよび製造性を考慮すると、Ｃｏ含有量は、０．０２％以上であることがより好ましく、０．１％以下であることが好ましい。
【００４０】
Ｃａ：０〜０．００３０％
Ｃａは、脱硫元素として有効な元素であるため、含有させてもよい。この効果を得るため、Ｃａ含有量は０．０００１％以上であることが好ましい。一方、Ｃａ含有量が０．００３０％を超えると、粗大なＣａＳが生成し、靭性および耐食性を劣化させる。そのため、Ｃａ含有量は０．００３０％以下とする。なお、Ｃａ含有量は、精錬コストおよび製造性を考慮すると、０．０００３％以上であることがより好ましく、０．００２０％以下であることが好ましい。
【００４１】
ＲＥＭ：０〜０．０５０％
ＲＥＭは、種々の析出物の微細化による靭性向上および耐酸化性の向上の観点から、含有させてもよい。前記効果を得るため、ＲＥＭ含有量は、０．００１％以上であることが好ましい。一方、ＲＥＭ含有量が０．０５％を超えると、鋳造性が著しく低くなり、かつ、＜０１１＞方位の発達を抑制する。そのため、ＲＥＭ含有量は０．０５％以下とする。なお、精錬コストおよび製造性を考慮すると、ＲＥＭ含有量は、０．００３％以上であることがより好ましく、０．０１％以下であることが好ましい。
【００４２】
ＲＥＭ（希土類元素）は、一般的な定義に従い、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）の２元素と、ランタン（Ｌａ）からルテチウム（Ｌｕ）までの１５元素（ランタノイド）の総称を指す。これらは単独で用いてもよいし、混合物として用いてもよい。
【００４３】
Ｇａ：０〜０．１％
Ｇａは、耐食性向上および水素脆化抑制のため、含有させてもよい。前記効果を得るため、Ｇａ含有量は０．１％以下とする。一方、硫化物および水素化物形成の観点から、Ｇａ含有量は、０．０００２％以上であることが好ましい。なお、製造性およびコストの観点、ならびに、延性および靭性の観点から、Ｇａ含有量は、０．０００５％以上であることがより好ましく、０．００２０％以下であることが好ましい。
【００４４】
その他の成分について本発明では特に規定するものではないが、本発明においては、Ｂｉ等を必要に応じて、０．００１〜０．１％含有してもよい。なお、Ａｓ、Ｐｂ等の一般的に有害な元素および不純物元素はできるだけ低減することが好ましい。
【００４５】
＜表面凹凸形状＞
図１（ａ）は、本発明の排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板１の一部を正面から見たときの模式図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板１のＡ−Ａ線断面図である。排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板１は、表面に凹凸２を有する。
【００４６】
本発明の排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板１は、表面に凹凸２を有する。凹凸２は、高さが１．０ｍｍ以下、かつ、立ち上げ角度が２０°以下である。ここで、凹凸２の高さとは、フェライト系ステンレス鋼板１の凹凸２が形成されていない表面３を含む平面Ｘと、該表面３につながる凹凸２の表面４との間の長さのうち、鋼板１の厚さ方向（図１（ｂ）中に示すＺ方向）に延びる最も長い長さ（図１（ｂ）中に示す長さＰ）をいう。また、凹凸２の立ち上げ角度とは、フェライト系ステンレス鋼板１の凹凸２が形成されていない表面３と、該表面３につながる凹凸２の表面４とが作り出す角度のうち、小さい方の角度（図１（ｂ）中に示す角度Ｑ）をいう。なお、剛性および高温強度の観点から、凹凸２は、高さが０．１ｍｍ以上、かつ、立ち上げ角度が１°以上であることが好ましい。また、排気系部材として適用した場合の排気ガスの流れ性を考慮すると、凹凸２は、高さが０．７ｍｍ以下、かつ、立ち上げ角度が１５°以下であることが好ましい。
【００４７】
通常、プレス加工によりフェライト系ステンレス鋼板を製造する場合、素材となる鋼板は冷間圧延によって製造され、平坦な表面を有する。冷間圧延ロールによるロール目、および、その後の工程の焼鈍および酸洗によって生じる微細な凹凸は、最大粗さで数μｍ〜数十μｍ程度である。一方、本発明の排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板は、表面に高さ１．０ｍｍ以下、かつ、角度が２０°以下の凹凸を有する。本発明の排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板は、前記凹凸を有することにより、部品剛性を向上させて、薄肉化に伴う振動吸収を図る他、形状効果によって高温強度を向上させる。特に、本発明の排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板では、後者の効果について、高温引張変形が生じる際、凹凸形状によって応力および歪を分散させて、高耐力および高引張強度が得られる。前記効果は、排気マニホールドの熱疲労および高サイクル疲労対策に極めて有効である。一方、凹凸２の高さが１．０ｍｍを超えるか、または、凹凸２の立ち上げ角度が２０°を超えると、凹凸形成時の加工硬化が進み、Ｒ部で加工時のネッキングが生じやすくなる。また、冷熱耐久試験時にＲ部で過度な拘束が生じて、熱疲労亀裂が生じやすくなる。なお、凹凸２のその他の形状については特に限定されないが、加工性および排気ガスの流動性を考慮すると、凹凸間距離が１０ｍｍ以上であることが好ましく、１００ｍｍ以下であることが好ましい。ここで、凹凸間距離とは、凹部の中心位置から隣の凹部の中心位置までの距離、または、凸部の中心位置から隣の凸部の中心位置までの距離をいう。
【００４８】
なお、本発明の排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板および排気マニホールドの表面凹凸の形態は、上記規定した以外については、特定されるものでは無く、排気ガス流れ性、昇温性、剛性等の機能を総合的に判断して選択すればよい。
【００４９】
＜破断伸び＞
本発明の排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板は、常温の破断伸びが２０％以上であることが好ましい。常温の破断伸びが２０％以上であると、排気マニホールドへの加工性を確保することができる。常温の破断伸びは、２４％以上であることがより好ましい。ここで、常温の破断伸びとは、圧延方向と直角方向とにＪＩＳ１３号Ｂ試験片を採取し、ＪＩＳＺ２２４１に準拠して算出した値をいう。
【００５０】
２．排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板の製造方法
本発明のフェライト系ステンレス鋼板は、通常のフェライト系ステンレス鋼板製造プロセスで鋳造、熱延、冷延、焼鈍および酸洗される。表面凹凸は、冷延または調質圧延工程で凹凸付きのロールを鋼板に転写して、付与させればよい。また、製品板をプレス成型して凹凸を付与しても構わない。材料の延性を確保する点では、冷延過程で凹凸を付与し、焼鈍を施すことが望ましいが、調質圧延またはプレス成形で凹凸を付与し、その後に歪取り焼きなましを施してもよい。さらに、焼鈍は、大気雰囲気で処理してもよいし、窒素または水素雰囲気で処理してもよい。焼鈍の温度および時間は、適宜選択すればよい。冷延工程は、ゼンジミア圧延、および、タンデム圧延のいずれでもよい。また、圧延条件は適宜設定すればよい。
【００５１】
フェライト系ステンレス鋼板の表面に凹凸を形成させる方法としては、上述のように、冷間圧延時または調質圧延時に凹凸を有する圧延ロールを使用する方法、および、製品板に対してプレス加工を施す方法等が挙げられる。しかしながら、凹凸形状によっては、延性の低下をもたらす問題があった。これは凹凸のＲ部に歪みが集中し、ネッキングが生じやすくなるためである。また、凹凸形状を有する排気マニホールド部品を冷熱耐久試験に供すると、凹み部で熱疲労亀裂が生じやすく、排気部品としての充分な耐久性能が得られない問題もあった。ここで冷熱耐久試験とは、部品加工後にエンジンから排出される排気ガスまたは外部加熱により所定の温度に加熱し、その後冷却する過程を繰り返し行い、熱疲労破壊および異常酸化による減肉有無を確認する評価である。加熱の最高温度は８００℃程度、冷却の最低温度は１５０℃程度が一般的である。熱疲労亀裂および異常酸化による過度な減肉が生じると、排気ガスの漏れ等の不具合が生じる。しかしながら、本発明の排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板に形成される凹凸は、高さ１ｍｍ以下、かつ、立ち上げ角度が２０°以下である。そのため、充分な加工性および高温耐久性を確保することができる。
【００５２】
３．排気マニホールド
本発明の排気マニホールドには、本発明のフェライト系ステンレス鋼板を用いる。そのため、本発明の排気マニホールドは、加工性および耐熱性に優れる。また、本発明の排気マニホールドは、表面に凹凸形状を有するため、熱損失が少ない。さらに、本発明の排気マニホールドは、表面に形成された凹凸の形状が高さ１．０ｍｍ以下、かつ、立ち上げ角度が２０°以下であるため、内部を流動する排気ガスの圧力損失が小さい。
【００５３】
なお、本発明のフェライト系ステンレス鋼板の用途は、排気マニホールドに限定されるものでは無く、高温環境下で高剛性、高強度および高疲労特性が要求される排気部品に適用が可能である。すなわち、本発明のフェライト系ステンレス鋼板は、自動車のみならず二輪車および他輸送機器に適用可能である。
【実施例】
【００５４】
＜高温耐久試験＞
表１に示す成分組成の鋼を溶製することにより、スラブに鋳造した。その後、熱延、冷延、焼鈍および酸洗を行い、１．２ｍｍ厚のフェライト系ステンレス鋼板を製造した。これらに、表２に示す種々の形状の表面凹凸を付与し、常温での破断伸びを上述の方法で測定した。また、実際に排気マニホールド形状に加工および溶接し、他主要部品と結合した排気部材を構築することにより、実施例１〜３２および比較例１〜３３の排気マニホールドを作製した。
【００５５】
実施例１〜３２および比較例１〜３３の排気マニホールドを用いて、高温の排気ガスを通風する耐久試験を実施し、耐久性能を評価した。耐久試験は、最高温度８００℃、最低温度１５０℃で、２０００サイクルの加熱および冷却を繰り返して行った。冷却は、高温の排気ガスの通風を止めるとともに、扇風機で風冷した。試験後に目視観察を行い、熱疲労亀裂、異常酸化、スケール剥離、および、排気ガスの漏れ等の不具合が生じた場合を不合格（×）、特に不具合が生じない場合を合格（○）とした。結果を表２に示す。
【００５６】
【表１】
0006744740.tif 000002
【００５７】
【表２】
0006744740.tif 000003
【００５８】
表１および表２から分かるように、実施例１〜３２の排気マニホールドは、本発明で規定する要件をすべて満たすため、優れた加工性および耐熱性を有する。
【００５９】
一方、比較例１〜３３の排気マニホールドは、本発明で規定する要件をすべて満たさないため、加工性および耐熱性が劣る結果となった。
【００６０】
＜高温引張試験＞
図２では、ＳＵＳ４４４（１９％Ｃｒ−０．００７％Ｃ−０．２Ｓｉ−０．２％Ｍｎ−０．０２％Ｐ−０．００１％Ｓ−０．１６％Ｎｉ−１９．４％Ｃｒ−１．８５％Ｍｏ−０．０１３％Ｎ０．４％Ｃｕ−０．４７％Ｎｂ、２ｍｍ厚）の鋼板について、凹凸の有無による高温引張強度を比較した結果を示す。ここで、凹凸有は、鋼板が図１に記載した凹凸パターンを有し、前記凹凸は、高さが１．０ｍｍ、かつ、立ち上げ角度が２０°である。また、高温引張試験は、圧延方向と直角方向とが引張方向になる様に、ＪＩＳ１３号Ｂ試験を採取し、ＪＩＳＧ０５６７に準拠して高温引張を実施して、引張強度を求めた。
【００６１】
図２から分かるように、本発明の要件をすべて満たす鋼板では、通常鋼板に比べて８００℃以下の高温強度に優れている。これは、凹凸形成による加工硬化が８００℃程度までの高温強度に寄与すること、形状に起因した高温変形時の応力集中の分散およびネッキング抑制が作用すると考えられる。本発明の要件をすべて満たす鋼板は、高温強度に優れていることから、冷熱耐久における熱疲労特性に優れると推察される。すなわち、高温強度が高い場合、熱疲労過程で発生する塑性歪範囲が小さくなることが知られており、１サイクル当たりに材料に作用するダメージが小さくなることによって、熱疲労寿命が向上すると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の排気マニホールド用ステンレス鋼板は、加工性および耐熱性に優れる。つまり、本発明の排気マニホールド用ステンレス鋼板を適用した排気マニホールドは、特に、自動車または二輪車部品として、好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００６３】
１  排気マニホールド用フェライト系ステンレス鋼板
２  凹凸
【図１】
0006744740.tif 000004
【図２】
0006744740.tif 000005