(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０１５％以下，Ｓｉ：０．５％以下，Ｃｒ：１１．０〜２５．０％，Ｎ：０．０２０％以下，Ｔｉ：０．０５〜０．５０％，Ｎｂ：０．１０〜０．５０％，Ｂ：０．０１００％以下を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成と、一軸引張りで加工したときの破断伸びが３０％以上，ランクフォード値（ｒ値）のｒmin値が１．３以上の特性を有するフェライト系ステンレス鋼であって、その表面にＡｌめっき層、Ｚｎめっき層あるいはＺｎとＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ、Ｍｇ，Ｃｒ，ＳｎおよびＡｌの内の１種以上との合金からなるめっき層が形成された鋼板を基材として形作られ、溶接部にジンクリッチ塗膜が形成されているとともに、溶接部を含めた基材鋼板の全体表面にカチオン電着塗膜が形成されていることを特徴とする耐食性に優れたステンレス鋼製の自動車用燃料タンクおよび給油管。
【請求項２】
基材のフェライト系ステンレス鋼板が、さらに質量％で、Ｍｏ：３．０％以下を含むものである請求項１に記載の耐食性に優れたステンレス鋼製の自動車用燃料タンクおよび給油管。
【請求項３】
基材のフェライト系ステンレス鋼板が、さらに質量％で、Ｎｉ：２．０％以下，Ｃｕ：２．０％以下，Ａｌ：４．０％以下の１種以上を含むものである請求項１または２に記載の耐食性に優れたステンレス鋼の自動車用燃料タンクおよび給油管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ガソリンあるいはメタノール含有ガソリン等の燃料を供給する自動車用燃料タンクまたは燃料を補給する給油管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車や自動二輪に搭載される燃料タンク（以下、燃料タンクで総称する）は、ガソリンを通常貯蔵しているが、気密性が悪いと気化したガソリンが大気中に散逸する。ガソリンは常に貯蔵されているわけではないが、随時ガソリンが通る給油管も同様な現象が生じる。ガソリンの散逸は、最近特に重視されている地球環境に悪影響を及ぼす原因の一つである。この点、樹脂を素材とした従来の燃料タンクでは、十分な気密性が確保できない。Ｚｎめっき鋼板，Ａｌめっき鋼板等の表面処理鋼板を素材にした燃料タンクも知られているが、燃料タンクに加工する際にめっき層に剥離や亀裂が生じやすい。剥離，亀裂等の欠陥部は、ガソリンの劣化によって生じる有機酸を含む腐食性環境に曝されたとき腐食発生の起点となる。その結果、孔食による穴開き等が発生すると気密性が低下する。
他方、外面に対しては、寒冷地等、道路に融雪剤を撒くような地域においては、燃料タンクや給油管の外面に関しては厳しい腐食環境になっているため、長期的な耐食性の点で満足できていない。
また、近年、自動車材料は全般的に耐久性の向上が求められる中にあって、燃料タンク，給油管ともに、そのニーズに対応できていないのが現状である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
気密性の観点からは、代表的な耐食材料であるステンレス鋼を燃料タンクや給油管の素材に使用することが検討されている。しかし、ステンレス鋼は普通鋼に比較すると加工性に劣るため、加工の際に加工割れを生じやすく、所定形状への成形が困難であった。加工割れは、燃料タンク、給油管の気密性を損ない、貯蔵燃料を揮散させる原因となる。
耐食性の観点からは、加工によって導入される欠陥部が腐食起点となりやすく、特に劣化ガソリンと接触する燃料タンク内面では穴開きに至る孔食が発生しやすい。また、燃料タンク、給油管両部材とも、シーム溶接部あるいはサポート溶接部等で隙間が形作られ、雨水等の侵入によりステンレス鋼独特の腐食である隙間腐食を生じやすい。特に融雪塩を撒くような地域においては、それらの溶接隙間部に塩分が侵入し、乾燥・濃縮が起こるため、極めて厳しい腐食環境となる。隙間腐食の成長によっては、穴開き腐食を起こす可能性もあり、燃料タンクや給油管として機能性を大きく損なう可能性がある。
【０００４】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、燃料タンクや給油管への加工に必要な成形性を備えた素材で構成され、厳しい腐食環境に対して長期にわたって耐食性を保持できる燃料タンクや給油管を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の耐食性に優れたステンレス鋼製の自動車用燃料タンクおよび給油管は、その目的を達成するため、質量％で、Ｃ：０．０１５％以下，Ｓｉ：０．５％以下，Ｃｒ：１１．０〜２５．０％，Ｎ：０．０２０％以下，Ｔｉ：０．０５〜０．５０％，Ｎｂ：０．１０〜０．５０％，Ｂ：０．０１００％以下を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成と、一軸引張りで加工したときの破断伸びが３０％以上，ランクフォード値（ｒ値）のｒmin値が１．３以上の特性を有するフェライト系ステンレス鋼であって、その表面にＡｌめっき層、Ｚｎめっき層あるいはＺｎとＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ、Ｍｇ，Ｃｒ，ＳｎおよびＡｌの内の１種以上との合金からなるめっき層が形成された鋼板を基材として形作られ、溶接部にジンクリッチ塗膜が形成されているとともに、溶接部を含めた基材鋼板の全体表面にカチオン電着塗膜が形成されていることを特徴とする。
基材のフェライト系ステンレス鋼板としては、必要に応じて、さらに、Ｍｏ：３．０％以下，Ｎｉ：２．０％以下，Ｃｕ：２．０％以下，Ａｌ：４．０％以下の１種以上を含むものが好ましい。
【０００６】
【作用】
燃料タンクは、複雑形状に鋼板を多段プレス加工することにより製造されており、燃料タンク本体１にインレットパイプ２，フュエルパイプ３，フュエルリターンパイプ４，サブタンク５，ドレーンプラグ６等の各種部材が溶接，ろう付け等で取り付けられる（図１）。給油管も複雑形状に多段プレス加工されて製造される。燃料タンクや給油管のような形状に鋼板を成形するときのプレス加工は、伸び，圧縮等が複合された複雑な塑性変形を伴う加工である。そのため、素材として使用するステンレス鋼の加工性が不足すると、絞り成形途中や絞り後の衝撃加工や二次加工時にクラックが発生しやすい。
【０００７】
フェライト系ステンレス鋼は、普通鋼に比較してＣｒ含有量が高いため硬質化しており、伸びも低い。そのため、素材の延性に基づく、張出し要素による加工性の向上が期待できないので、板厚収縮または幅方向に沿った材料流入の指標としてランクフォード値（ｒ値）に着目し、燃料タンクや給油管への成形に耐えるステンレス鋼を調査した。特に重要な因子は、圧延方向（Ｌ方向）、圧延方向に対して４５度方向（Ｄ方向）ならびに圧延方向に対して垂直方向（Ｔ方向）での、最小のｒ値、ｒmin値であることに着目した。そして種々検討した結果、一軸引張りで加工したときの破断伸びが３０％以上，ｒmin値が１．３以上のフェライト系ステンレス鋼板を使用すると、絞り成形時や二次的な加工時に割れ等の欠陥が発生することなく、所定形状の燃料タンクや給油管に成形できることを見出した。
【０００８】
なお、破断伸びの測定に当たっては，圧延方向に平行な方向を長手方向にするサンプルを各鋼板から切り出し、ＪＩＳ  Ｚ２２０１に規定される１３Ｂ号定型試験片に加工し、破断伸びデータを採取した。破断伸びは、速度１０ｍｍ／分で試験片を引張り、破断後の試験片を突き合わせて標点間距離の伸び率を測定し、この測定値を使用した。
ランクフォード値（ｒ値）の測定に際しては、同じくＪＩＳ１３Ｂ号試験片を使用し、１５％の引張り歪を与えた後、圧延方向（Ｌ方向）、圧延方向に対して４５度方向（Ｄ方向）ならびに圧延方向に対して垂直方向（Ｔ方向）でのｒ値を求めた。上記３方向で求めたｒ値の中で最も低い値をｒminとした。ｒ値は板厚および板幅を測定し、幅収縮率の自然対数値を板厚減少率の自然対数値で除した値として算出した。
【０００９】
本発明者等は、ステンレス鋼板にカチオン電着塗装、あるいはＡｌめっき、Ｚｎめっきを単独でもしくは複合被覆を施すことにより、燃料タンクや給油管での腐食環境においても長期間にわたって耐食性を維持できることを見出した。
燃料タンクや給油管の内部はガソリン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、これが結晶水に移行して腐食環境が形成される。これまでのめっきでは強変形を受けた箇所でめっき剥離部分があり、その部分で優先侵食等が起こる問題があったが、カチオン電着塗装では狭い空隙まで浸透するので、従来のめっき鋼板よりも劣化ガソリンに対して優れた耐食性を示す。
【００１０】
通常、Ｚｎめっき鋼板では、金属Ｚｎが鋼板上に存在するときには犠牲陽極により下地鋼の腐食が抑制されているが、金属Ｚｎが消失してしまうと下地鋼は腐食して穴開きに至る。
ところが、ＺｎあるいはＡｌをめっきする下地鋼にステンレス鋼を用いることにより、従来のＺｎめっき鋼板では得られなかったＺｎやＡｌの防食効果が期待できるがわかった。Ａｌ，Ｚｎの犠牲溶解による犠牲防食作用のみならず、Ａｌ，Ｚｎの腐食生成物の付着による腐食抑制作用があることがわかったのである。
ここで、Ａｌ，Ｚｎの腐食生成物による腐食抑制作用とはステンレス鋼板表面に付着したＡｌ，Ｚｎ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、水酸化亜鉛の剥離によるｐＨ緩衝作用であると考えられる。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のみ発現されるもので、普通鋼を用いた場合には観察されなかった。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Ｚｎめっき層にＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｃｒ、ＳｎおよびＡｌを含有する場合にも同様な効果が認められた。
【００１１】
Ａｌ，Ｚｎの腐食生成物の防食作用はステンレス鋼の隙間腐食を抑制するのにも極めて有効である。Ａｌ，Ｚｎの腐食生成物はとりまく環境によって異なるが、主に酸化亜鉛ならびに水酸化亜鉛よりなる。Ａｌ，Ｚｎは中性の水溶液中でも容易に腐食する金属である。特にＣｌ-濃度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、隙間が形作られた部位にあっても有効に作用できると考えられる。
【００１２】
【実施の態様】
次に、本発明の燃料タンクまたは給油管の具体的態様について説明する。
まず、下地のステンレス鋼としては、下記の組成を有するものが好ましい。なお、各元素の含有量を示す「％」は、特に示さない限り「質量％」とする。
Ｃ：０．０１５％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、あまり高いと靭性の低下を招くため、０．０１５％以下とすることが好ましい。
【００１３】
Ｓｉ：０．５％以下
Ｓｉは通常脱酸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、０．５％以下とすることが好ましい。
Ｃｒ：１１．０〜２５．０％
Ｃｒは、ステンレス鋼としての耐食性を発揮するために、１１．０％の含有が必要である。しかし、Ｃｒ量が多くなると、靭性や加工性の低下を招くため、その上限は２５．０％とすることが好ましい。
【００１４】
Ｎ：０．０２０％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、あまり高いと靭性の低下を招くため、０．０２０％以下とすることが好ましい。
Ｔｉ：０．０５〜０．５０％
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る。その効果がでる最低量は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を起こしやすくなるので、上限は０．５０％にすることが好ましい。
【００１５】
Ｎｂ：０．１０〜０．５０％
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にもなる。
したがって上限は０．５０％にすることが好ましい。
Ｂ：０．０１００％以下
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る。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ので、上限は０．０１００％にすることが好ましい。
【００１６】
Ｍｏ：３．０％以下
Ｍｏは、耐食性を改善するのに有効な元素であるが、過剰な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％以下とすることが好ましい。
Ｎｉ：２．０％以下
Ｎｉは、オーステナイト形成元素であり、２．０％を超える添加は硬質化やコスト上昇を招くので２．０％を上限とすることが好ましい。
【００１７】
Ｃｕ：２．０％以下
Ｃｕは、溶製時のスクラップからの混入等、不可避的に含有されるが、過度の含有は熱間加工性や耐食性を低下させるので、２．０％以下とすることが好ましい。
Ａｌ：４．０％以下
Ａｌは、脱酸や耐酸化性のために有効な元素であるが、過剰な添加は表面欠陥の原因となる。したがって上限は４．０％とすることが好ましい。
【００１８】
Ｍｎ：２．０％以下
Ｍｎは、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、製造性が低下するので、その上限は２．０％とすることが好ましい。
Ｐ：０．０５０％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、それ以下におさえることが好ましい。
【００１９】
Ｓ：０．０２０％以下
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、それ以下におさえることが好ましい。
Ｖ，Ｚｒ：０．３０％以下
Ｖは固溶Ｃを炭化物として析出させる効果による加工性向上、Ｚｒは鋼中の酸素を酸化物として捕らえることによる加工性や靭性向上の面から有効な元素である。しかしながら、多量に添加すると製造性が低下するので、添加する場合は、それぞれ０．３０％以下の範囲にすることが好ましい。
これら以外にも、Ｃａ，Ｍｇ，Ｃｏ，ＲＥＭなどは、溶製中に原料であるスクラップ中より含まれることがあるが、特に多量に含まれる場合を除き、製品の特性には影響しない。
【００２０】
次に、好ましい防食皮膜形成について説明する。
カチオン電着塗膜：
前処理としてリン酸塩処理を施した被塗物を水溶性塗料中に浸漬し、被塗物を陰極に、そして塗料を陽極にして直流電流を印加し、被塗物に塗膜を形成する。
塗料はエポキシ系で十分である。塗膜としては１０μｍ以上にすることが好ましい。塗膜形成後、１５０〜１６０℃で１５〜２０分加熱して焼き付けることが好ましい。
なお、カチオン電着塗装は、ステンレス鋼板あるいはＺｎ，Ａｌめっきステンレス鋼板を最終製品形状に組み立てた後、実施することが好ましい。
【００２１】
Ｚｎ，Ａｌめっき：
Ｚｎ，Ａｌのめっき方法としては、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。燃料タンク用途においてはシーム溶接が行われるため、溶接熱によりＺｎ，Ａｌが蒸散しやすく、蒸散してＺｎ，Ａｌ量が少なくなると溶接隙間部に対する腐食生成物の防食作用が発現できなくなる。溶接隙間部にＺｎ，Ａｌめっき層を残すためには、当初のＺｎ、Ａｌめっき量は５ｇ／ｍ2以上にすることが好ましい。ステンレス鋼の隙間腐食に対しては５ｇ／ｍ2以上のめっき層があれば、十分防食可能である。
Ｚｎ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Ｚｎの水酸化物あるいは酸化物が主となるため腐食生成物の防食効果には問題はない。むしろ、それらの金属元素をＺｎ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ので、有効である。
【００２２】
ジンクリッチ塗膜：
燃料タンク等は溶接法を使用して製造される。この際、溶接熱によりめっきされているＺｎ，Ａｌが蒸散しやすく、Ｚｎ，Ａｌめっき層が欠落された部位ができる。
このようなめっき層欠落部位には、ジンクリッチ塗料を塗布後、カチオン電着塗装することが好ましい。
ジンクリッチ塗料は、亜鉛粉末を主成分（８０％以上）とするものである。バインダーとして、無機系ではアルキルシリケート，エチルシリケート，コロイダルシリケートあるいはリチウムシリケートが、有機系ではエポキシ樹脂やアルキッド樹脂が使用される。亜鉛粉末、バインダー以外に酸化亜鉛，クロム酸塩，酸化鉄等を含むこともできる。
塗布方法としては、はけ塗りやスプレー法で十分である。
【００２３】
【実施例】
表１の成分・組成をもつ板厚０．８ｍｍのステンレス鋼板を素材とし、図１に示す形状の燃料タンクを作製した。
表１中、鋼種Ｎｏ．Ａ〜Ｅが、本発明で規定した破断伸びおよびｒminを満たす鋼であり、鋼種Ｎｏ．Ｆ〜Ｈが、破断伸びおよびｒminについて所定値を外れたものである。なお、この特性は、製品に成形する前の鋼板素材の引張り試験片から求めたものであり、圧延方向，圧延４５度方向および圧延９０度方向で求めた値の最も低い値を示したものである。
【００２４】
0004014907.tif 000002
【００２５】
めっきは、Ａｌめっき，Ｚｎめっきをする場合は、電気めっき法あるいは溶融めっき法により付着量３０ｇ／ｍ2のめっきを行った。めっきの前処理としては、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。
なお、めっきの際のめっき浴組成を表２に示す。ただしＺｎ−Ｓｎめっきは２０％Ｓｎの溶融めっき、Ｚｎ−Ａｌめっきは５％Ａｌの溶融めっきで行った。
最終製品形状に組み立て、溶接部に、７５％の亜鉛粉末を主成分とし少量の酸化亜鉛粉末を含むエポキシ樹脂系の塗料をスプレーして、ジンクリッチ塗膜を形成した後、カチオン電着塗装を行った。なお、カチオン電着は乾燥塗膜が２０±５μmになる様に行った。
比較材として、Ｐｂめっき普通鋼板，Ａｌめっき普通鋼板およびＳＵＳ４３０の２Ｄ仕上げ材を用いた。
【００２６】
0004014907.tif 000003
【００２７】
各種めっきを施した製品について、耐衝撃性と耐食性試験を実施した。
耐衝撃試験は、温度を５℃に保持した製品に、φ２ｍｍのビーズを５ｋｇｆ／ｍｍ2で１時間吹き付けて割れ発生の状況を観察した。
割れが認められなかったものを○、割れが発生していたものを×で評価した。
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、（５％ＮａＣｌ中１５分）の塩水噴霧→（湿度３５％、温度６０℃に６０分）の乾燥→（湿度９５％、温度６０℃に１８０分）の湿潤であり、これを３００サイクル行って、腐食部の侵食深さから耐食性を評価した。
隙間腐食が認められなかったものを○、認められたものを×とした。
その評価結果を表３に示す。
【００２８】
本発明製品は、耐衝撃性と耐食性のいずれにも優れていた。特に、隙間が形作られる構造で使用される場合でも、塩害環境に対して優れた耐食性を有していることがわかる。
耐衝撃性について比較鋼をみると、比較鋼Fは、Ｃ量が多く、また破断伸びおよびｒminのいずれも規定値に満たないため加工性が低く、タンク形状に成形した段階で既に加工割れが発生していた。比較鋼Ｇ，Ｈは、破断伸びおよびｒminのいずれも比較鋼Ｆ以上に小さいため、成形中に割れが発生し、タンク形状に成形できなかった。
また、耐食性について比較鋼をみると、Ｃｒを所定量以上含有し、めっき層を有している比較鋼Ｆ，Ｇ，Ｈはいずれも隙間腐食も認められず、耐食性の点では問題はなかった。しかし、Ｐｂめっき普通鋼板，Ａｌめっき普通鋼板あるいはＳＵＳ４３０無垢材では、シーム溶接間隙、金属間隙部ともに侵食が認められた。
【００２９】
0004014907.tif 000004
【００３０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の自動車の燃料タンクや給油管は、めっきが施され、加工性および耐食性に優れたステンレス鋼を素材とし、製品形状に形成された後、電着塗装が施されている。したがって過酷な加工を施しても割れが発生するようなことはなく、孔食による穴開きや、溶接空隙があるような部位での塩素イオン濃縮による隙間腐食も抑制され、長期にわたって優れた気密性が維持される。
このため、地球環境にとって有害な貯蔵ガソリンの揮散がない燃料タンクや給油管の提供が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  燃料タンクの概略斜視図
【図１】
0004014907.tif 000005