(57)【要約】【課題】孔食の発生を抑制することができるとともに、高い耐食性を有する排気系部品およびＥＧＲクーラ、ならびに排気系部品の表層の形成方法を提供する。【解決手段】ＥＧＲクーラ１は、ケース２、冷却媒体流入管４、冷却媒体流出管５、排気ガス冷却管７、排気ガス流入管８および排気ガス流出管９により構成されている。この排気ガス冷却管７は、上流側端部７ａ、下流側端部７ｂおよび壁部７ｃにより構成されており、壁部７ｃは、フェライト系ステンレス鋼からなり、壁部７ｃの内周側にオーステナイト系ステンレス鋼からなる表層７０を有し、表層７０が炭素（Ｃ）と、窒素（Ｎ）と、ニッケル（Ｎｉ）とを含み、少なくとも１３のＮｉ当量を有する固溶層７０ａで形成されている。この表層７０は、壁部７ｃの内周側のうちの排気ガスＧが接触する部位の全域に形成されている。【選択図】図１
2013053769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスが流通するとともに、
前記排気ガスが供給される上流側端部と、
前記排気ガスが排気される下流側端部と、
前記上流側端部および前記下流側端部の間に設けられ前記排気ガスが流通する方向に延在される環状に形成された壁部と、
を備えたステンレス鋼からなる排気系部品において、
前記壁部がフェライト系ステンレス鋼からなり、前記壁部の内周側にオーステナイト系ステンレス鋼からなる表層を有し、前記表層が炭素（Ｃ）と、窒素（Ｎ）と、ニッケル（Ｎｉ）とを含み、少なくとも１３のニッケル当量を有する固溶層で形成されていることを特徴とする排気系部品。
【請求項２】
前記表層は、前記壁部の前記内周側のうちの前記排気ガスが接触する部位の全域に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の排気系部品。
【請求項３】
前記固溶層の上に窒化層が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排気系部品。
【請求項４】
ケースと、
前記ケースに冷却媒体を流入させる冷却媒体流入管と、
前記ケースから前記冷却媒体を流出させる冷却媒体流出管と、
前記ケースに収容される管からなるとともに、内燃機関の排気ガスを内部に流通させ、外部を流通する前記冷却媒体と前記排気ガスとで熱交換して前記排気ガスを冷却する排気ガス冷却管と、
前記ケースの外部で前記排気ガス冷却管の前記排気ガスの流通方向の上流側端部に連結される排気ガス流入管と、
前記ケースの外部で前記排気ガス冷却管の前記排気ガスの流通方向の下流側端部に連結されるとともに、前記排気ガス冷却管で冷却された前記排気ガスを前記内燃機関の吸気装置に供給する排気ガス流出管と、
を備えたＥＧＲクーラにおいて、
前記排気ガス冷却管、前記排気ガス流入管および前記排気ガス流出管のうちの少なくともいずれか１つが請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の排気系部品であることを特徴とするＥＧＲクーラ。
【請求項５】
内燃機関の排気ガスが流通するとともに、
前記排気ガスが供給される上流側端部と、
前記排気ガスが排気される下流側端部と、
前記上流側端部および前記下流側端部の間に設けられ前記排気ガスが流通する方向に延在される環状に形成され、内側部に表層を有する壁部と、
を備えた排気系部品の表層の形成方法において、
前記壁部がフェライト系ステンレス鋼からなり、前記表層を前記フェライト系ステンレス鋼からオーステナイト系ステンレス鋼に変換する表層変換工程と、
前記表層変換工程により得られた前記表層に炭素（Ｃ）と、窒素（Ｎ）と、ニッケル（Ｎｉ）とを含み、少なくとも１３のニッケル当量を有する固溶層を形成する固溶層形成工程と、
を備えることを特徴とする排気系部品の表層の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車などの車両に搭載される内燃機関の排気系部品および排気系部品の表層の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関（以下、単にエンジンと呼ぶ）は、エンジン本体と、吸気装置と、排気装置とを備えている。エンジン本体は、燃料を空気とともに燃焼させて動力に変換する。吸気装置は、空気を吸引してエンジン本体に供給し、排気装置は、燃料を燃焼することで発生する排気ガスを大気中に排気する。この種の排気装置は、例えば、排気マニホールドと、触媒コンバータと、熱回収器と、マフラと、排気管とを含んで構成されている。
【０００３】
また、近年では、エンジンに排気ガス還流（以下、単にＥＧＲと呼ぶ）装置が備えられることがある。このＥＧＲ装置は、排気装置から排気ガスの一部を抜き出して吸気装置に環流させてエンジン本体で再燃焼させ、排気ガスを浄化するとともに燃費の向上を図るよう構成されている。
【０００４】
ＥＧＲ装置は、例えば、ＥＧＲ管とＥＧＲクーラとを備えている。ＥＧＲ管は、排気装置と吸気装置とを連結する。ＥＧＲクーラは、ＥＧＲ管の途中に設けられるとともに、排気装置から環流する途中の高温の排気ガスを冷却して吸気装置に供給する。
【０００５】
ここで、本明細書中では、上述した排気装置の構成部品やＥＧＲ装置の構成部品であるＥＧＲクーラのように排気ガスに接触するものを排気系部品と呼ぶ。排気系部品は、排気ガスに接触する排気接触部と、大気に接触する露出部とを備えている。
【０００６】
エンジンから排気される排気ガスは、水蒸気および炭酸ガス（ＣＯ２）を多く含むとともに、硫黄酸化物（ＳＯ２）や窒素酸化物（ＮＯＸ）などの酸化物を含んでいる。高温の排気ガスが冷却されると、排気ガス中の水蒸気が凝縮して結露が発生し、凝縮水となって排気系部品の排気接触部の表面に付着する。そして、付着した凝縮水に硫黄酸化物が溶解すると、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）が生成されることがある。また、この凝縮水に窒素酸化物が溶解すると、硝酸（ＮＨＯ３）が生成されることがある。
【０００７】
さらに、エンジンの燃料であるガソリンには原則として塩素（Ｃｌ２）は含まれないものの、国や地域によってはガソリンに塩素が含まれていることがある。また、エンジンオイルや大気には塩素が含まれていることがある。このため、エンジンの燃焼室に供給されるガソリンやエンジンオイルや大気中の塩素は、排気ガスに残留し、これにより排気ガス中に塩素が含まれることがある。そして、ＥＧＲクーラにおいて排気ガス中の塩素が凝縮水に溶解することにより、塩酸（ＨＣｌ）が生成されることがある。
【０００８】
このように生成された硫酸、硝酸および塩酸のような強い酸性を示す酸を含む凝縮水が、排気系部品の排気接触部の表面に接触して、排気接触部を腐食させるおそれがある。
また、排気系部品の露出部の表面には、車両により撥ね上げられた水分が付着することがある。表面に付着した水分により露出部が腐食されるおそれがある。
【０００９】
そこで、排気系部品の排気接触部および露出部の腐食を防止するために、排気系部品の材質として、耐食性の高いステンレス鋼が広く使用されている。ステンレス鋼は、表層に酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）膜からなる不動態皮膜を備えている。この不動態皮膜があることにより、ステンレス鋼の耐食性は高いものとなっている。
【００１０】
確かに、ステンレス鋼の不動態皮膜は、硝酸のような酸化性の酸に対しては高い耐食性を有する。しかし、ステンレス鋼の不動態皮膜は、硫酸や塩酸に対しては高い耐食性を有していない。
ステンレス鋼からなる排気系部品は、その一部分のみに腐食が発生し進行するという孔食が起きることがある。この排気系部品に、孔食部分の電位、いわゆる孔食電位が比較的に高いＳＵＳ３１６やＳＵＳ４４４を使用しても、塩素を含む強酸性の環境の下では孔食が発生し易く耐食性が低い。
【００１１】
また、ステンレス鋼の場合、いわゆる粒界腐食によって腐食されるおそれもある。
一般に粒界腐食は、次のような過程で起きることが知られている。すなわち、ステンレス鋼を構成する結晶格子同士の境界である結晶粒界は、原子の並びが比較的不規則となっており、他の部分よりも反応し易く活性となっている。この結晶粒界では、炭素原子の量が他の部分よりも多くなっていることがある。この炭素（Ｃ）がステンレス鋼に含まれているクロム（Ｃｒ）と化合するとクロム炭化物（Ｃｒ２３Ｃ６）が生成されることになる。その結果、この結晶粒界の周囲のクロムの量が少なくなる帯状のクロム不足部分が作られ、耐食上必要とされるクロム濃度が下回ってしまうといういわゆる鋭敏化が起きることになる。このとき、前述の酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）膜からなる不動態皮膜が薄くなって破られるようになってしまう。
【００１２】
いったん不動態皮膜が破られると、その部位でステンレス鋼がマイナス電極となり、イオン化して溶け出して腐食が起きてしまうという腐食電池を形成することになる。この腐食は、結晶粒界に沿ってステンレス鋼の奥まで進んで行き、いわゆる粒界腐食となる。
結晶粒界で生成されるクロム炭化物は、ステンレス鋼が５００℃ないし８５０℃の範囲で最も多くなり、この温度範囲内では、短時間のうちに生成されてしまうことになる。
【００１３】
そこで、Ｃｒ−Ｎｉ系のオーステナイト系ステンレス鋼にモリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）、ニオブ（Ｎｂ）を始めとし、炭素（Ｃ）や８％ないし１８％のニッケル（Ｎｉ）を含む各元素の添加、含有量を最適化したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このオーステナイト系ステンレス鋼においては、８％ないし１８％のＮｉを含めてオーステナイト相を安定化させるとともに、各元素の含有量を最適化して、低濃度から高濃度までの広範囲の濃度の硫酸水に対して優れた耐腐食性を得るようにしている。この点、所定の濃度の硫酸水に所定の温度で所定の浸漬時間だけ浸漬した後の腐食減量｛ｇ／（ｍ２・ｈ）｝の測定により、耐硫酸腐食性について各組成と腐食減量との関係が確認されている。また、このオーステナイト系ステンレス鋼に炭素固定剤として機能するＮｂを含有させているので炭素が安定化し、粒界腐食が抑制されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００３−１９３２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上述のような各元素の添加、含有量を最適化した従来のオーステナイト系ステンレス鋼の場合、耐硫酸腐食性については効果が得られるものの、硝酸および塩酸のような強い酸性を示す他の強酸や粒界腐食については考慮されていない。そのため、他の強酸の水溶液による耐孔食などの耐食性が得られないおそれがあるという問題があった。また、粒界腐食に対しても考慮されていないのでその抑制が不十分であるという問題があった。
【００１６】
本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、粒界腐食の発生を抑制することができるとともに、高い耐食性を有する排気系部品およびＥＧＲクーラ、ならびに排気系部品の表層の形成方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係る排気系部品は、上記課題を解決するため、（１）内燃機関の排気ガスが流通するとともに、前記排気ガスが供給される上流側端部と、前記排気ガスが排気される下流側端部と、前記上流側端部および前記下流側端部の間に設けられ前記排気ガスが流通する方向に延在される環状に形成された壁部と、を備えたステンレス鋼からなる排気系部品において、前記壁部がフェライト系ステンレス鋼からなり、前記壁部の内周側にオーステナイト系ステンレス鋼からなる表層を有し、前記表層が炭素（Ｃ）と、窒素（Ｎ）と、ニッケル（Ｎｉ）とを含み、少なくとも１３のニッケル当量を有する固溶層で形成されていることを特徴とする。
【００１８】
この構成により、本発明に係る排気系部品においては、いわゆる孔食の発生が抑制され、耐食性が著しく向上する。すなわち、表層は、フェライト系ステンレス鋼からオーステナイト系ステンレス鋼に変換されており、もともとフェライト系ステンレス鋼にはＮｂが含まれているので、表層にＮｂが含有されている。
表層にＮｂが含まれていると、Ｎｂが炭素固定剤として機能し、結晶粒界における炭素がステンレス鋼に含まれているクロムと化合してクロム炭化物を生成し、必要なクロム濃度が低下するという鋭敏化の発生が抑制される。その結果、表層が、例えば、７００℃を超えるような高温の環境に置かれても、孔食の発生が十分に抑制される。
【００１９】
また、表層がＣ、ＮおよびＮｉを含み、少なくとも１３のニッケル当量を有する固溶層で形成されているので、いわゆる孔食の発生を抑制することができ、著しく耐食性が向上する。
すなわち、フェライト系ステンレス鋼の場合は、ＮやＣの固溶量が少なく、窒化や浸炭しても化合物層を形成してしまうため固溶層が形成し難いが、表層がオーステナイト系ステンレス鋼に変換されているので、固溶層の形成が比較的に促進される。
【００２０】
この固溶層は、Ｃ、ＮおよびＮｉを含みこれらが互いに溶け合って全体が均一の固相となっているという、いわゆる固溶体で構成されているので、耐食性が向上されている。さらに、少なくとも１３のニッケル当量を有するので、Ｎｉを１３質量％有するものと同等の効果を奏する。このニッケル当量は、ＣとＮを安定化させて粒界にＣｒの炭窒化物を生成させないための指標であり、ニッケル当量が１３より大きい値である場合には、Ｃｒの炭窒化物の生成が抑制されて固溶層の耐食性が著しく向上する。
【００２１】
また、ニッケル当量が１３より大きい値であれば、クロム当量が１８程度のときに、オーステナイト系ステンレス鋼とフェライト系ステンレス鋼との境界から余裕を持ってオーステナイト系ステンレス鋼の組織領域内に固溶層が形成されるので、多少のばらつきがあっても、確実にオーステナイト系ステンレス鋼の領域内に位置させることができる。
その結果、耐硫酸腐食性だけでなく、硝酸および塩酸のような強い酸性を示す他の強酸の水溶液に対する耐腐食性が向上する。
【００２２】
上記（１）に記載の排気系部品において、（２）前記表層は、前記壁部の前記内周側のうちの前記排気ガスが接触する部位の全域に形成されていることを特徴とする。
【００２３】
この構成により、本発明に係る排気系部品は、排気ガスが接触して酸性水溶液が付着する可能性のある部位の全域に表層が形成される。このため排気系部品の壁部の全域において酸性水溶液による腐食の発生が抑制される。
【００２４】
上記（１）または（２）に記載の排気系部品において、（３）前記固溶層の上に窒化層が形成されていることを特徴とする。
【００２５】
この構成により、本発明に係る排気系部品は、固溶層の上に窒化層が形成されているので、より耐食性が向上する。すなわち、いわゆる孔食の発生が抑制され、耐食性がより向上するとともに、耐硫酸腐食性だけでなく、硝酸および塩酸のような強い酸性を示す他の強酸の水溶液に対する耐腐食性がより向上する。
【００２６】
本発明に係るＥＧＲクーラは、上記課題を解決するため、（４）ケースと、前記ケースに冷却媒体を流入させる冷却媒体流入管と、前記ケースから前記冷却媒体を流出させる冷却媒体流出管と、前記ケースに収容される管からなるとともに、内燃機関の排気ガスを内部に流通させ、外部を流通する前記冷却媒体と前記排気ガスとで熱交換して前記排気ガスを冷却する排気ガス冷却管と、前記ケースの外部で前記排気ガス冷却管の前記排気ガスの流通方向の上流側端部に連結される排気ガス流入管と、前記ケースの外部で前記排気ガス冷却管の前記排気ガスの流通方向の下流側端部に連結されるとともに、前記排気ガス冷却管で冷却された前記排気ガスを前記内燃機関の吸気装置に供給する排気ガス流出管と、を備えたＥＧＲクーラにおいて、前記排気ガス冷却管、前記排気ガス流入管および前記排気ガス流出管のうちの少なくともいずれか１つが請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の排気系部品であることを特徴とする。
【００２７】
この構成により、本発明に係るＥＧＲクーラにおいては、いわゆる孔食の発生が抑制され、耐食性が著しく向上する。すなわち、内部に高温の排気ガスが流通しても、排気ガス冷却管、排気ガス流入管および排気ガス流出管の表層から発生する孔食が抑えられる。また、内燃機関から排気される排気ガスに含まれる硫黄酸化物（ＳＯ２）、窒素酸化物（ＮＯＸ）および塩素（Ｃｌ２）により、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、硝酸（ＮＨＯ３）および、塩酸（ＨＣｌ）を含む凝縮水が生成されても、排気ガス冷却管、排気ガス流入管および排気ガス流出管の表層が腐食することが抑制され、耐食性が著しく向上する。
【００２８】
本発明に係る排気系部品の表層の形成方法は、上記課題を解決するため、（５）内燃機関の排気ガスが流通するとともに、前記排気ガスが供給される上流側端部と、前記排気ガスが排気される下流側端部と、前記上流側端部および前記下流側端部の間に設けられ前記排気ガスが流通する方向に延在される環状に形成され、内側部に表層を有する壁部と、を備えた排気系部品の表層の形成方法において、前記壁部がフェライト系ステンレス鋼からなり、前記表層を前記フェライト系ステンレス鋼からオーステナイト系ステンレス鋼に変換する表層変換工程と、前記表層変換工程により得られた前記表層に炭素（Ｃ）と、窒素（Ｎ）と、ニッケル（Ｎｉ）とを含み、少なくとも１３のニッケル当量を有する固溶層を形成する固溶層形成工程と、を備えることを特徴とする。
【００２９】
この構成により、本発明に係る排気系部品の表層の形成方法は、表層変換工程と、固溶層形成工程とを含んでおり、表層の粒界腐食の発生や耐食が著しく抑制される表層が得られる。すなわち、表層は、表層変換工程でフェライト系ステンレス鋼からオーステナイト系ステンレス鋼に変換されており、もともとフェライト系ステンレス鋼にはＮｂが含まれているので、表層Ｎｂが含有されている。表層にＮｂが含まれていると、Ｎｂが炭素固定剤として機能し、結晶粒界における炭素がステンレス鋼に含まれているクロムと化合してクロム炭化物を生成し必要なクロム濃度が低下するという鋭敏化の発生が抑制される。その結果、表層が、例えば、７００℃を超えるような高温の環境に置かれても、粒界腐食の発生が十分に抑制される。
【００３０】
また、表層が、固溶層形成工程により、Ｃ、Ｎ、Ｎｉを含み、少なくとも１３のニッケル当量を有する固溶層で形成されるので、いわゆる孔食の発生を抑制することができ、著しく耐食性が向上する。すなわち、フェライト系ステンレス鋼の場合は、ＮやＣの固溶量が少なく、窒化や浸炭しても化合物層を形成してしまうため固溶層が形成し難いが、表層がオーステナイト系ステンレス鋼に変換されているので、固溶層の形成を比較的に促進することができる。この固溶層は、Ｃ、Ｎ、Ｎｉを含みこれらが互いに溶け合って全体が均一の固相となっている、いわゆる固溶体で構成されているので、耐食性が向上されている。さらに、少なくとも１３のニッケル当量を有するので、Ｎｉが１３質量％有するものと同等の効果を奏する。
【００３１】
また、ニッケル当量が１３より大きい値であれば、クロム当量が１８程度のときに、オーステナイト系ステンレス鋼とフェライト系ステンレス鋼との境界から余裕を持ってオーステナイト系ステンレス鋼の組織領域内に固溶層が形成されるので、多少のばらつきがあっても、確実にオーステナイト系ステンレス鋼の領域に位置させることができる。
その結果、耐硫酸腐食性だけでなく、硝酸および塩酸のような強い酸性を示す他の強酸の水溶液に対する耐腐食性が向上する。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、耐食性の高い排気系部品およびこれを利用するＥＧＲクーラ、ならびに排気系部品の表層の形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態に係るＥＧＲクーラを示す縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るＥＧＲクーラの排気ガス冷却管の表層の部分断面図であり、（ａ）は、表層が固溶層のみで形成されているものを示し、（ｂ）は、表層が固溶層および窒化層で形成されているものを示す。
【図３】ニッケル当量とクロム当量との関係を示すシェフラーの組織図である。
【図４】ニッケル当量とクロム当量との関係を示すシェフラーの組織図であり、表層の固溶層を形成する方法を説明する説明図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るＥＧＲクーラの排気ガス冷却管の表層を形成する工程を示す工程図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るＥＧＲクーラの排気ガス冷却管の表層における鉄−窒素系状態図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るＥＧＲクーラの排気ガス冷却管の表層の窒化層を形成する工程を示す工程図である。
【図８】本発明の実施の形態に係るＥＧＲクーラの排気ガス冷却管の壁部の内周側の表層に窒化処理を施す際の処理時間と温度との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の実施の形態に係る排気系部品の表層の腐食評価結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の排気系部品の実施の形態について、図面を参照して説明する。本実施の形態では、本発明の排気系部品を自動車のＥＧＲクーラに適用した例を示している。
【００３５】
まず、本実施の形態に係るＥＧＲクーラ１の構成について説明する。
【００３６】
図１に示すように、ＥＧＲクーラ１は、ケース２と、冷却媒体流入管４と、冷却媒体流出管５と、排気系部品としての排気ガス冷却管７と、排気ガス流入管８と、排気ガス流出管９とを含んで構成されている。
【００３７】
ケース２は、ケース本体１０と、上流側支持プレート１１と、下流側支持プレート１２とを有している。
ケース本体１０は、両端が開口の略円筒形のパイプで構成されている。このケース本体１０の内部空間では、軸方向に沿って冷却媒体Ｗが流通するようになっている。この冷却媒体Ｗには、図示しないエンジンを冷却する冷却水が使用される。
【００３８】
上流側支持プレート１１は、ケース本体１０の冷却媒体Ｗの流通方向の上流側の端部に設けられ、この上流側の端部を塞いでいる。上流側支持プレート１１は、複数の貫通孔１１ａを有している。
【００３９】
下流側支持プレート１２は、ケース本体１０の冷却媒体Ｗの流通方向の下流側の端部に設けられ、この下流側の端部を塞いでいる。下流側支持プレート１２は、複数の貫通孔１２ａを有している。
【００４０】
上流側支持プレート１１の貫通孔１１ａと下流側支持プレート１２の貫通孔１２ａとは、同数設けられるとともに、ケース本体１０を挟んでそれぞれ対向する位置に設けられている。対向する一組の上流側支持プレート１１の貫通孔１１ａおよび下流側支持プレートの貫通孔１２ａには、排気ガス冷却管７が圧入されるようになっている。
【００４１】
冷却媒体流入管４は、ケース本体１０の冷却媒体Ｗの流通方向の上流側の端部付近に連結されている。冷却媒体流入管４は、ケース２内に冷却媒体Ｗを流入させるようになっている。
【００４２】
冷却媒体流入管４の上流側端部は、冷却媒体Ｗを供給する冷却媒体供給管１５に連結されている。冷却媒体供給管１５の上流側端部は、図示しない供給ポンプに連結されている。冷却媒体Ｗは、冷却媒体供給管１５を通って冷却媒体流入管４の上流側端部に供給されるようになっている。
【００４３】
冷却媒体流出管５は、ケース本体１０の冷却媒体Ｗの流通方向の下流側の端部付近に連結されている。冷却媒体流出管５は、ケース２内から冷却媒体Ｗを流出させるようになっている。
【００４４】
冷却媒体流出管５の下流側端部は、冷却媒体排気管１６に連結されている。冷却媒体排気管１６の下流側端部は、エンジンの図示しないウォータージャケットに連結されている。
【００４５】
排気ガス冷却管７は、母材が公知のフェライト系ステンレス鋼で形成されており、上流側端部７ａと、下流側端部７ｂと、壁部７ｃと、壁部７ｃで囲まれ排気ガスＧを流通させる排気ガス通路７ｄを備えている。排気ガス冷却管７は、排気ガスＧを上流側端部７ａから下流側端部７ｂに流通させるようになっている。
【００４６】
上流側端部７ａは、上流側支持プレート１１に支持されている。この上流側端部７ａには、排気ガス流入管８から排気ガスＧが供給されるようになっている。下流側端部７ｂは、下流側支持プレート１２に支持されている。この下流側端部７ｂから排気ガス流出管９に排気ガスＧが排出されるようになっている。
【００４７】
壁部７ｃは、上流側端部７ａおよび下流側端部７ｂの間に設けられ、環状に形成されるとともに、排気ガスＧが流通する方向に延在して形成されている。
【００４８】
壁部７ｃは、その内周側の全域に表層７０を有している。この表層７０は、フェライト系ステンレス鋼から変換されたオーステナイト系ステンレス鋼の層で構成されている。そして、このオーステナイト系ステンレス鋼の層は、図２（ａ）に示すように、固溶層７０ａからなり、この固溶層７０ａの表面が排気ガス通路７ｄを画成しており、排気ガスＧと接するようになっている。壁部７ｃは、高い耐食性を有している。この排気ガス冷却管７では、内部を流通する排気ガスＧと、外部を流通する冷却媒体Ｗとの間で熱交換され、排気ガスＧが冷却されるようになっている。
【００４９】
この固溶層７０ａは、炭素（Ｃ）と、窒素（Ｎ）と、ニッケル（Ｎｉ）とを含み、少なくとも１３のニッケル当量（以下Ｎｉ当量と呼ぶ）を有する固溶体からなる。ここで、固溶体とは、２種類以上の元素が互いに溶け合い、全体が均一の固相となっているものをいう。また、Ｎｉ当量は、母材や溶接金属の組成からオーステナイト生成元素（Ｃ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｎ）の指数をＮｉ当量，フェライト生成元素（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ｎｂ）の指数をＣｒ当量として数値計算し，各組織図にあてはめてフェライト量を予測する組織図法により得られる数値からなる。
【００５０】
Ｎｉ当量は、組織図法でフェライト量を決定する場合に、Ｎｉと同等の効果を表すオーステナイト生成元素（Ｃ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｎ）の指数を表したもので、シェフラーの組織図では、一般にＮｉ当量は次の式で表される。
Ｎｉ当量＝％Ｎｉ＋３０％＊Ｃ＋０．５％＊Ｍｎ
ここで、％は質量％を表し、Ｎｉ当量は、鋼材に含まれる化学成分、Ｎｉ、Ｃ、Ｍｎの質量を合計したものでＮｉの相当量に換算したもので当量として扱われる。
【００５１】
図３は、公知のシェフラーの組織図を表したもので、縦軸にＮｉ当量、横軸にクロム当量（以下Ｃｒ当量と呼ぶ）を表し、図中の境界を区画する線で表された領域が、鋼材の組織の状態を表している。図３に示すように、上側の大半の領域はオーステナイト（Ａ）の状態を表し、左下の領域はマルテンサイト（Ｍ）を表し、右下の領域はフェライト（Ｆ）の状態を表している。フェライト（Ｆ）は、例えばＳＵＳ４４４があり、オーステナイト（Ａ）は、例えばＳＵＳ３０５があり、フェライト（Ｆ）とオーステナイト（Ａ）との境界付近に、例えばＳＵＳ３１６Ｌがある。
【００５２】
Ｃｒ当量は、一般に次の式で表される。
Ｃｒ当量＝％Ｃｒ＋％Ｍｏ＋％１．５＊Ｓｉ＋％０．５＊Ｎｂ
ここで、％はＮｉ当量と同様に、質量％を表しており、Ｃｒ当量は、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｎｂの質量を合計したものでＣｒの相当量に換算したもので当量として扱われる。
【００５３】
この固溶層７０ａは、Ｎｉ当量＝％Ｎｉ＋％３０＊Ｃ＋％０．５＊Ｍｎにより算出された数値が１３以上になるよう形成されている。
【００５４】
Ｎｉ当量を１３以上になるよう形成するには、例えば、図４に示すように、［１］の矢印で示す公知のクロム浸透処理法を実施してもよい。クロム浸透処理法においては、オーステナイト系ステンレス鋼とマルテンサイト系ステンレス鋼の境界付近にあるＮｉ当量が１３、Ｃｒ当量が１１程度のステンレス鋼に対して行われる。クロム浸透処理法においては、ステンレス鋼に含有されている炭素表面からＣｒを浸透させ、浸透するＣｒと炭素を反応させてＣｒ炭化物を生成し、Ｎｉ当量を１３以上でＣｒ当量が１８を有するオーステナイト系ステンレス鋼にし、表面に硬化層を形成する。
【００５５】
また、［２］の矢印で示す公知のマンガン濃化および窒素・炭素固溶により実施してもよい。この方法においては、Ｎｉ当量０で、Ｃｒ当量が１８程度のフェライト系ステンレス鋼に対して行われる。この方法においては、焼鈍過程でフェライト系ステンレス鋼に含まれるマンガン（Ｍｎ）やケイ素（Ｓｉ）などの酸化され易い元素を表面に濃化させてマンガン酸化物（ＭｎＯＸ）を形成するとともに、窒素や炭素を侵入させてＮｉ当量を１３以上でＣｒ当量が１８を有するオーステナイト系ステンレス鋼の固溶体を形成する。
【００５６】
また、［３］の矢印で示す公知の脱クロム処理法を実施してもよい。脱クロム処理法においては、オーステナイト系ステンレス鋼とフェライト系ステンレス鋼の境界付近にあるＮｉ当量１３、Ｃｒ当量が２７程度のステンレス鋼に対して行われる。脱クロム処理法においては、このステンレス鋼に含有されているＣｒを熱処理によりわずかに酸化させ脱クロムを行いＮｉ当量を１３以上でＣｒ当量が１８を有するオーステナイト系ステンレス鋼を形成する。
【００５７】
また、［４］の矢印で示す公知の［１］のクロム浸透処理法および［２］のマンガン濃化および窒素・炭素固溶を組み合わせた方法で実施してもよい。脱クロム処理法においては、Ｎｉ当量が０、Ｃｒ当量が１１程度のフェライト系ステンレス鋼に対して行われる。
【００５８】
また、［５］の矢印で示す公知の［２］のマンガン濃化および窒素・炭素固溶および［３］の脱クロム処理法を組み合わせた方法で実施してもよい。脱クロム処理法においては、Ｎｉ当量が０、Ｃｒ当量が２７程度のフェライト系ステンレス鋼に対して行われる。
【００５９】
壁部７ｃの表層７０は、図２（ｂ）に示すように、固溶層７０ａの上に公知の窒化層７０ｂを有していてもよい。
【００６０】
排気ガス流入管８は、環状に形成され排気ガスＧを流通させる排気ガス通路８ａを有している。この排気ガス流入管８は、下流側端部がケース本体１０の排気ガスＧの流通方向の上流側の端部に連結されている。排気ガス通路８ａと排気ガス冷却管７の排気ガス通路７ｄとが連通している。排気ガス流入管８の上流側端部は、図示しないエンジンの排気装置から排気され吸気装置に環流する排気ガスＧ、すなわちＥＧＲガスを供給するＥＧＲガス供給管１３に連結されている。ＥＧＲガス供給管１３の上流側端部は、排気装置に連結されている。
【００６１】
排気ガス流出管９は、環状に形成され排気ガスＧを流通させる排気ガス通路９ａを有している。この排気ガス流出管９は、上流側端部がケース本体１０の排気ガスＧの流通方向の下流側の端部に連結されている。排気ガス通路９ａと、排気ガス冷却管７の排気ガス通路７ｄとが連通している。排気ガス流出管９の下流側端部は、ＥＧＲガス排気管１４に連結されている。ＥＧＲガス排気管１４の下流側端部は、図示しない吸気装置に連結されており、ＥＧＲガスは、吸気装置に供給されるようになっている。
【００６２】
次に、本発明に係る排気系部品の表層の形成方法は、本実施の形態に係るＥＧＲクーラ１の排気ガス冷却管７の壁部７ｃの内周側の表層７０にオーステナイト系ステンレス鋼を形成するとともに固溶層７０ａを形成する形成方法によって実施される。以下表層７０の形成方法について、図を参照して説明する。
【００６３】
表層７０の形成方法は、図５に示すように、準備工程８１と、表層変換工程８２と、固溶層形成工程８３と、窒化層形成工程８４とを含んで構成されており、これらの工程が順に行われる。窒化層形成工程８４は、耐食性をより高めるために行われるもので、必要に応じて実施し、場合によっては、この窒化層形成工程８４を実施しなくともよい。また、固溶層形成工程８３は、表層変換工程８２の後に行われなくてもよく、固溶層形成工程８３の中で、固溶層の形成と同時に表層を変化するようにしてもよい。すなわち、固溶層の形成が得られたときに表層がオーステナイト系ステンレス鋼に変換された状態になっていればよい。
【００６４】
準備工程８１においては、フェライト系ステンレス鋼からなる所定の形状を有する排気ガス冷却管７の素材を準備する。この素材の表層に対して表層変換工程８２および固溶層形成工程８３を含む工程を実施すると表層７０を有する排気ガス冷却管７が得られるものである。
必要に応じて、排気ガス冷却管７の素材の外周側に、軟鋼板製のカバーが取り付け、窒化や余分な処理を防止するようにしてもよい。
そして、この排気ガス冷却管７の素材は、表層を形成する炉の内部に設置され、準備が完了する。
【００６５】
表層変換工程８２においては、フェライト系ステンレス鋼からなる排気ガス冷却管７の素材の表層部分をオーステナイト系ステンレス鋼に変換する工程からなり、この工程を経て表層部分のみをオーステナイト系ステンレス鋼の層で形成することができる。換言すれば、この表層変換工程８２においては、フェライト系ステンレスをオーステナイト化するという、いわゆるオーステナイト化処理が行われる。
【００６６】
表層部分がオーステナイト系ステンレス鋼の層で形成されていると、フェライト系ステンレス鋼の層である場合と比較して、その後の固溶層形成工程８３を容易に行うことができる。
【００６７】
また、フェライト系ステンレス鋼には一般にニオブ（Ｎｂ）が含まれており、フェライト系ステンレス鋼からオーステナイト系ステンレス鋼に変換することによって、表層部分のオーステナイト系ステンレス鋼にＮｂが含まれることになる。Ｎｂが含まれていると、含有するＮｂが炭素固定剤として機能するので、オーステナイト系ステンレス鋼における炭素が安定化し、粒界腐食が抑制されることになる。
【００６８】
すなわち、炭素が安定化すると、ステンレス鋼の結晶粒界で、炭素（Ｃ）とクロム（Ｃｒ）と化合してクロム炭化物（例えば、Ｃｒ２３Ｃ６）が生成されることが抑制され、いわゆる鋭敏化が抑制されることになる。その結果、不動態皮膜が薄くなることが抑制されて粒界腐食が抑制されることになる。したがって、５００℃ないし８５０℃の範囲の高温環境において粒界腐食の発生による耐食性の低下が抑制されることになる。
【００６９】
一般にフェライト組織は、図６に示すように、ステンレス鋼の窒素含有率は、フェライト相（α相）８２Ａでは、最大でも０．１ｗｔ％であるのに対し、オーステナイト相（γ相）８２Ｂでは、最大２．８ｗｔ％となっている。このフェライト相（α相）８２Ａは窒素や炭素の固溶量が少なく、窒化や浸炭しても化合物層を形成してしまい、固溶層ができにくいという特質がある。そこで、表層変換工程でオーステナイト系ステンレス鋼にすることで、これらの課題が解消され、容易に固溶層を形成することができる。
【００７０】
そして、表層変換工程８２でオーステナイト相８２Ｂまで加熱されるので、表層に窒素原子がより容易に、より多くを入り込ませることができる。
【００７１】
なお、排気ガス冷却管７の素材が、オーステナイト系ステンレス鋼で形成されている場合には、この表層変換工程８２は不要となる。この場合、表層変換工程８２によって変換された表層部分と同程度の耐食性を得るためには、オーステナイト系ステンレス鋼にニオブ（Ｎｂ）を添加するニオブ添加工程を実施することが必要となる。この場合、ニオブ（Ｎｂ）の添加に加えて、チタン（Ｔｉ）を添加するようにしてもよい。
【００７２】
この表層変換工程８２は、具体的には公知の工程からなり、例えば、窒素の濃度として、オーステナイト化処理に必要な量がステンレス鋼に添加されることにより行われる。この窒素の濃度に必要な量の添加、すなわちオーステナイト化処理を複数回実施する方法により行ってもよい。
【００７３】
他方、次の公知の方法によっても表層変換工程８２を行うことができる。すなわち、排気ガス冷却管７の表面から窒素原子を吸収させて排気ガス冷却管７の全体をオーステナイト化し、その後、急冷することによりオーステナイト単相に変換する。
そして、このオーステナイト単相を昇温した後、窒化クロム（ＣｒＮ）が生成する冷却速度で冷却する。これにより、表層がオーステナイト化された表層７０のままで、内部をフェライト層に戻すことができる。
【００７４】
固溶層形成工程８３は、表層変換工程８２により得られたオーステナイト系ステンレス鋼からなる表層７０に対して、所定の処理を行い表層７０に固溶層７０ａを形成する公知の工程からなる。
この固溶層形成工程８３により、図３に示すように、例えばＳＵＳ３０５に相当するＮｉ当量が１３以上であって、Ｃｒ当量が１８程度の固溶層７０ａが得られる。
具体的には、固溶層形成工程８３は、低温浸炭処理および軟窒化などの低温窒化処理や前述したいくつかの公知の形成方法により行われる。
【００７５】
低温浸炭処理は、４００℃ないし６００℃程度の比較的低温の範囲で行われる浸炭処理で、低温で熱処理することにより、Ｃｒの炭化物の生成を抑制することができる。また、高温で処理する際の基地組織のＣｒ量の減少を抑制することができ、耐食性を発揮する不動態被膜の形成を促進することができる。
低温浸炭処理は、例えば、メタンガス（ＣＨ４）、水素ガス（Ｈ２）およびアルゴンガス（Ａｒ）の混合ガスを使用し、４００℃程度の温度で数時間処理を行う。
【００７６】
低温窒化処理も、低温浸炭処理と同様に、３００℃ないし５００℃程度の比較的低温の範囲で行われる窒化処理で、低温で熱処理することにより、Ｃｒの窒化物の生成を抑制することができる。また、高温で処理する際の基地組織のＣｒ量の減少を抑制することができ、耐食性を発揮する不動態被膜の形成を促進することができる。
低温窒化処理は、例えば、窒素ガス（Ｎ２）、水素ガス（Ｈ２）の混合ガスを使用し、４００℃程度の温度で数時間処理を行う。
【００７７】
前述の図４に示す［１］の矢印で示すクロム浸透処理法によって行ってもよい。クロム浸透処理法においては、オーステナイト系ステンレス鋼とマルテンサイト系ステンレス鋼の境界付近にあるＮｉ当量が１３、Ｃｒ当量が１１程度のステンレス鋼に対して行われる。クロム浸透処理法においては、ステンレス鋼に含有されている炭素表面からＣｒを浸透させ、浸透するＣｒと炭素を反応させてＣｒ炭化物を生成し、Ｎｉ当量を１３以上でＣｒ当量が１８を有するオーステナイト系ステンレス鋼にし、表面に硬化層を形成することができる。
【００７８】
また、前述の［２］の矢印で示すマンガン濃化および窒素・炭素固溶により実施してもよい。この方法においては、Ｎｉ当量０で、Ｃｒ当量が１８程度のフェライト系ステンレス鋼に対して行われる。この方法においては、焼鈍過程でフェライト系ステンレス鋼に含まれるマンガン（Ｍｎ）やケイ素（Ｓｉ）などの酸化され易い元素を表面に濃化させてマンガン酸化物（ＭｎＯＸ）を形成するとともに、窒素や炭素を侵入させてＮｉ当量を１３以上でＣｒ当量が１８を有するオーステナイト系ステンレス鋼の固溶体を形成することができる。
【００７９】
また、前述の［３］の矢印で示す脱クロム処理法を実施してもよい。脱クロム処理法においては、オーステナイト系ステンレス鋼とフェライト系ステンレス鋼の境界付近にあるＮｉ当量１３、Ｃｒ当量が２７程度のステンレス鋼に対して行われる。脱クロム処理法においては、このステンレス鋼に含有されているＣｒを熱処理によりわずかに酸化させ脱クロムを行いＮｉ当量を１３以上でＣｒ当量が１８を有するオーステナイト系ステンレス鋼を形成することができる。
【００８０】
また、前述の［４］の矢印で示す［１］のクロム浸透処理法および［２］のマンガン濃化および窒素・炭素固溶を組み合わせた方法で実施してもよい。脱クロム処理法においては、Ｎｉ当量が０、Ｃｒ当量が１１程度のフェライト系ステンレス鋼に対して行われる。
【００８１】
また、前述の［５］の矢印で示す［２］のマンガン濃化および窒素・炭素固溶および［３］の脱クロム処理法を組み合わせた方法で実施してもよい。脱クロム処理法においては、Ｎｉ当量が０、Ｃｒ当量が２７程度のフェライト系ステンレス鋼に対して行われる。
【００８２】
固溶層形成工程８３は、これらの方法に限られるものではなく、これらの方法以外の固溶層を形成する他の方法によって行ってもよい。
【００８３】
窒化層形成工程８４は、必要に応じて行われ、図７に示すように、準備ステップ９１と、ガス導入ステップ９２と、昇温ステップ９３と、均熱保持ステップ９４と、冷却ステップ９５とを備えており、順に処理される公知の工程で構成されている。
【００８４】
準備ステップ９１では、処理対象である排気ガス冷却管７が密閉炉内に載置される。
ガス導入ステップ９２では、窒化処理ガスとして、アンモニアガス（ＮＨ３）と窒素ガス（Ｎ２）との混合ガスが密閉炉内に導入される。この窒化処理ガスにおける、アンモニアガスの含有率は、例えば５０体積％で構成されている。
昇温ステップ９３では、図８に示すように、密閉炉内の加熱が開始され所定の短時間内で急速に約５９０℃まで昇温される。
均熱保持ステップ９４では、アンモニアガス（ＮＨ３）と窒素ガス（Ｎ２）の雰囲気で密閉炉内が約５９０℃で約２時間（２ｈ）保持される。
冷却ステップ９５では、窒素ガス（Ｎ２）のみが導入され、その雰囲気で、密閉炉内が冷却が開始され所定の時間内で室温程度まで徐々に冷却される。この冷却速度は、例えば、１分当たり、約４ないし５℃だけ低下させる速度で行われる。
【００８５】
次いで、ＥＧＲクーラ１の動作について説明する。
【００８６】
エンジンが始動すると、運転状態に応じて図示しない電子制御装置（ＥＣＵ）が動作し、排気ガスＧが、エンジンの排気装置からＥＧＲガス供給管１３を経てＥＧＲクーラ１に供給される。
排気ガスＧがＥＧＲクーラ１に供給されると、排気ガス流入管８から排気ガス冷却管７を通って排気ガス流出管９内に流出する。そして、排気ガスＧは、排気ガス流出管９からＥＧＲガス排気管１４を経てエンジンの吸気装置に供給される。
【００８７】
このとき、冷却媒体Ｗが、供給ポンプから冷却媒体供給管１５を経てＥＧＲクーラ１内に供給される。そして、冷却媒体ＷはＥＧＲクーラ１において、冷却媒体流入管４からケース本体１０を通って冷却媒体流出管５に流通する。冷却媒体流出管５から排出された冷却媒体Ｗは冷却媒体排気管１６を経てエンジンのウォータージャケットに供給される。
【００８８】
そして、排気ガス冷却管７では、内部を流通する排気ガスＧが、外部を流通する冷却媒体Ｗとの間で熱交換されて冷却される。この時、排気ガスＧに含まれている水蒸気が凝縮されて、排気ガス冷却管７の内周側の表層７０に形成された窒化層７０ｂの表面で水滴になる。
【００８９】
この水滴に亜硫酸ガスや窒素酸化物や塩素が溶解して、硫酸や硝酸や塩酸などが生成される。窒化層７０ｂは、硫酸や硝酸や塩酸などに対して高い耐食性を有する。このため、排気ガス冷却管７の壁部７ｃの腐食が抑制される。
【００９０】
以下、実施の形態に係るＥＧＲクーラ１は、上述のように構成されているので、次のような効果が得られる。
ＥＧＲクーラ１は、ケース２と、冷却媒体流入管４と、冷却媒体流出管５と、排気ガス冷却管７と、排気ガス流入管８と、排気ガス流出管９とにより構成されている。
そして、排気ガス冷却管７は、上流側端部７ａと、下流側端部７ｂと、壁部７ｃとにより構成されており、壁部７ｃはフェライト系ステンレス鋼からなり、壁部７ｃの内周側にオーステナイト系ステンレス鋼からなる表層７０を有し、表層７０が炭素（Ｃ）と、窒素（Ｎ）と、ニッケル（Ｎｉ）とを含み、少なくとも１３のＮｉ当量を有する固溶層７０ａで形成されている。さらに、固溶層７０ａの上に窒化層７０ｂが形成されている。
この表層７０は、壁部７ｃの内周側のうちの排気ガスＧが接触する部位の全域に形成されている。
【００９１】
その結果、ＥＧＲクーラ１においては、孔食の発生が抑制されるという効果が得られる。さらに、耐食性が著しく向上するという効果が得られる。
すなわち、表層７０は、フェライト系ステンレス鋼からオーステナイト系ステンレス鋼に変換されており、もともとフェライト系ステンレス鋼にはＮｂが含まれているので、表層７０にＮｂが含有され、次のような効果が得られる。
【００９２】
表層７０にＮｂが含まれていると、Ｎｂが炭素固定剤として機能し、結晶粒界における炭素がステンレス鋼に含まれているクロムと化合してクロム炭化物を生成し、必要なクロム濃度が低下するという鋭敏化の発生が抑制される。その結果、表層７０が、例えば、７００℃を超えるような高温の環境に置かれても、粒界腐食の発生が十分に抑制されるという効果が得られる。
【００９３】
また、表層７０がＣ、Ｎ、Ｎｉを含み、少なくとも１３のＮｉ当量を有する固溶層７０ａで形成されているので、いわゆる孔食の発生を抑制することができ、著しく耐食性が向上するという効果が得られる。  
【００９４】
すなわち、フェライト系ステンレス鋼の場合は、ＮやＣの固溶量が少なく、窒化や浸炭しても化合物層を形成してしまうため固溶層が形成し難いが、表層７０がオーステナイト系ステンレス鋼に変換されているので、固溶層の形成を比較的に促進することができる。
【００９５】
この固溶層７０ａは、Ｃ、Ｎ、Ｎｉを含みこれらが互いに溶け合って全体が均一の固相となっている、いわゆる固溶体で構成されているので、耐食性が向上されている。さらに、少なくとも１３のＮｉ当量を有するので、Ｎｉが１３質量％有するものと同等の効果を奏する。このＮｉ当量は、ＣとＮを安定化させて粒界にＣｒの炭窒化物を生成させないための指標であり、Ｎｉ当量が１３より大きい値である場合には、Ｃｒの炭窒化物の生成が抑制されて固溶層７０ａの耐食性は著しく向上する。
【００９６】
また、Ｎｉ当量が１３より大きい値であれば、図３に示すように、Ｃｒ当量が１８程度のときに、オーステナイト系ステンレス鋼とフェライト系ステンレス鋼との境界から余裕を持ってオーステナイト系ステンレス鋼の組織領域内に形成されるので、多少のばらつきがあっても、確実にオーステナイト系ステンレス鋼の領域に位置させることができる。
その結果、耐硫酸腐食性だけでなく、硝酸および塩酸のような強い酸性を示す他の強酸水溶液に対する耐腐食性が向上するという効果が得られる。
さらに、固溶層７０ａの上に窒化層７０ｂが形成されているので、より耐食性が向上するという効果が得られる。
【００９７】
以下、図９を参照して、実施の形態に係る表層７０の耐食性評価試験の結果について説明する。図９は、フェライト（α）系ステンレスとしてＳＵＳ４４４を選択するとともに、オーステナイト（γ）系ステンレスとしてＳＵＳ３０５およびＳＵＳ３１６Ｌを選択して評価試験を行った結果を表に表している。ＳＵＳ４４４は表の下部の欄に示すようにＮｉ当量は２となっており、ＳＵＳ３０５のＮｉ当量は１３、ＳＵＳ３１６ＬはのＮｉ当量は１２となっている。
【００９８】
この評価試験は、評価対象物を強酸水溶液に浸漬させて所定の温度に加熱し、放冷、湿潤放置、濃縮乾固の順に繰り返して行う耐食サイクル試験であり、所定のサイクルを実施した後、表層の断面を顕微鏡で見て視覚で評価するものである。
図９に示す写真は、スケールが５０μｍの大きさに設定した断面組織写真を示している。
【００９９】
表中の耐食評価後（１０ｃｙ後）の欄に示される断面組織写真は、この評価試験を１０サイクル実施した後の表層の断面組織状態を示している。
これらの断面組織写真で分かるように、ＳＵＳ４４４では、窒化物（化合物層）において亀裂が入り腐食が進んでいることが分かり、×で示されるように耐食性に欠けている。
また、ＳＵＳ３１６Ｌでは、ＳＵＳ３１６Ｌの素地の表面から僅かに腐食が進行していることが分かり、×で示されるように耐食性に欠けている。
【０１００】
他方、ＳＵＳ３０５のＮｉ当量が１３の表層においては、最表面から所定の深さで安定したＣ、Ｎの固溶層が形成されており、この固溶層には、亀裂や腐食が全く発生していないことが分かる。○で示されるように耐食性が確保されている。
また、Ｃｒ、Ｎｉが多く含まれ耐熱性の高いＳＵＳ３０９Ｓで固溶層の上に窒化層が形成されたＮｉ当量が１４の表層においても、この表層には、亀裂や腐食が全く発生していないことが分かる。○で示されるように耐食性が確保されている。
さらに、耐孔食性に優れたＳＵＳ３１７で固溶層の上に窒化層が形成されたＮｉ当量が１５の表層においても、この表層には、亀裂や腐食が全く発生していないことが分かる。○で示されるように耐食性が確保されている。
【０１０１】
したがって、図９の表で示されるように、実施の形態に係る表層７０は、耐食性が著しく向上していることが分かる。
このように、表層７０を有する排気ガス冷却管７で構成されるＥＧＲクーラ１においては、内部で凝縮水が発生し、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、硝酸（ＮＨＯ３）や塩酸（ＨＣｌ）などの強酸の水溶液が生成されても、それにより腐食することはなく、高い耐食性を有するという効果が得られる。
【０１０２】
また、排気ガス冷却管７の壁部７ｃの表層７０の窒化層７０ｂを形成するためにガス窒化法が採用されているので、他の窒化法に比べて設備を簡易にすることができる。このため、コストの増大を抑えることができる。
【０１０３】
ここで、上述した実施の形態のＥＧＲクーラ１においては、排気ガス冷却管７の壁部７ｃの内周側に表層７０を形成しているが、本発明に係る排気系部品で構成されるＥＧＲクーラにおいては、これに限られず、例えば、排気ガス流入管８や排気ガス流出管９の壁部の内周側に表層７０を形成するようにしてもよい。
【０１０４】
この場合、例えば、排気ガス冷却管７と排気ガス流入管８と排気ガス流出管９との壁部に表層７０を形成するようにしたり、あるいは排気ガス冷却管７と排気ガス流出管９との壁部のみに表層７０を形成するようにできる。さらには、これら排気ガス冷却管７と排気ガス流入管８と排気ガス流出管９以外の部材の壁部に表層７０を形成するようにしてもよい。
【０１０５】
また、上述した実施の形態のＥＧＲクーラ１においては、排気ガス冷却管７の壁部７ｃの内周側の表層の全域に表層７０が形成されているが、本発明に係る排気系部品で構成されるＥＧＲクーラにおいては、これに限られず、例えば、排気ガス冷却管７の壁部７ｃの内周側の表層の一部のみに表層７０を形成するようにしてもよい。
【０１０６】
また、上述した実施の形態のＥＧＲクーラ１においては、均熱保持ステップにおける均熱保持温度を５９０℃、均熱保持時間を２時間としたが、本発明に係るＥＧＲクーラにおいては、これに限られず、例えば、均熱保持温度を３００℃〜６００℃、均熱保持時間を３時間〜１０時間としてもよい。この場合、均熱保持温度が高いほど、均熱保持時間を短くすることができる。
【０１０７】
また、上述した実施の形態のＥＧＲクーラ１においては、表層７０の窒化層７０ｂを形成するためにガス窒化法を採用したが、本発明に係るＥＧＲクーラにおいては、これに限られず、例えば、プラズマ窒化法、塩浴窒化法、ガス軟窒化法など他の窒化法を採用してもよい。
【０１０８】
また、上述した本実施の形態の排気系部品においては、排気系部品をＥＧＲクーラ１に適用しているが、本発明に係る排気系部品においては、これに限られず、例えば、排気マニホールドや排気管など、排気装置を構成する部品の全般に適用することができる。
【０１０９】
以上説明したように、本発明に係る排気系部品は、孔食の発生を抑制することができるので、排気系部品およびＥＧＲクーラ全般に有用である。また、高い耐食性が得られるので排気系部品の表層の形成方法の全般に有用である。
【符号の説明】
【０１１０】
１  ＥＧＲクーラ
２  ケース
４  冷却媒体流入管
５  冷却媒体流出管
７  排気ガス冷却管（排気系部品）
７ａ  上流側端部
７ｂ  下流側端部
７ｃ  壁部
８  排気ガス流入管（排気系部品）
９  排気ガス流出管（排気系部品）
１０  ケース本体
１１  上流側支持プレート
１２  下流側支持プレート
１３  ＥＧＲガス供給管
１４  ＥＧＲガス排気管
１５  冷却媒体供給管
１６  冷却媒体排気管
７０  表層
７０ａ  固溶層
７０ｂ  窒化層
８１  準備工程
８２  表層変換工程
８３  固溶層形成工程
８４  窒化層形成工程
【図１】
2013053769.tif 000003
【図２】
2013053769.tif 000004
【図３】
2013053769.tif 000005
【図４】
2013053769.tif 000006
【図５】
2013053769.tif 000007
【図６】
2013053769.tif 000008
【図７】
2013053769.tif 000009
【図８】
2013053769.tif 000010
【図９】
2013053769.tif 000011