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JP3084589B2 - 内燃機関の排気系統において優れた耐食性を有する鋼 - Google Patents

内燃機関の排気系統において優れた耐食性を有する鋼

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JP3084589B2
JP3084589B2 JP04331653A JP33165392A JP3084589B2 JP 3084589 B2 JP3084589 B2 JP 3084589B2 JP 04331653 A JP04331653 A JP 04331653A JP 33165392 A JP33165392 A JP 33165392A JP 3084589 B2 JP3084589 B2 JP 3084589B2
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JP
Japan
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steel
corrosion resistance
exhaust system
internal combustion
excellent corrosion
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謙治 加藤
明博 宮坂
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Priority to CA002151513A priority patent/CA2151513C/en
Priority to AU56589/94A priority patent/AU674374B2/en
Priority to EP94902098A priority patent/EP0674015A1/en
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は耐食性の優れた鋼に係
り、さらに詳しくは、例えば自動車や船舶等の内燃機関
の排気系統において優れた耐食性を有する鋼に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、自動車を中心とする内燃機関の排
気系統には、内面あるいは外面からの腐食を抑制するた
めに普通鋼にアルミニウムメッキや亜鉛メッキを施した
鋼が使用されてきた。環境汚染を抑制するために排気ガ
ス浄化の目的で触媒等が排気系統に具備されたために、
こうしたメッキ鋼材では耐食性が充分ではなくなり、鋼
素地の耐食性向上を目的として5〜10%のCrを含有
させた鋼が、特開昭63−143240号公報や特開昭
63−143241号公報で提案されている。しかし、
近年の車両の使用期間および保証期間の延長に伴なっ
て、さらにCrを18%程度まで含有させ、あるいはさ
らにMoを添加した高級ステンレス鋼が排気系統に多く
使用されている。しかし、このような高級ステンレス鋼
であっても孔食状の局部腐食が発生する場合があるな
ど、耐食性は必ずしも充分ではない。また、こうした高
級ステンレス鋼はCrやMoを多量に含有するために加
工性が悪く、排気系部材のような複雑な形状を形成する
ためには、製造に非常な困難を伴い、製造工程が著しく
複雑になるために加工コストも高くなるという難点があ
り、しかも素材コストが高い。
【0003】上記の排気系統を代表として、一般にCr
をある程度含有する鋼では環境が厳しくなると局部腐食
が発生し易く、これに対する手段として腐食に対する抵
抗を向上させるためには、さらにCrあるいはMoの含
有量を増加させるのが極めて一般的な技術手段であっ
た。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこうした現状
に鑑みて、内燃機関の排気系統などの腐食環境に対する
抵抗が大きく、かつ低コストの鋼を提供することを目的
としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の目的
を達成するために、排気系統をはじめとする腐食環境に
おいて優れた耐食性を有する鋼を開発すべく、種々の観
点から検討してきた。まず、本発明者らは排気系統の腐
食環境について検討し、内燃機関排気系統の腐食は排気
ガス中に含まれる塩化物、硫酸イオン等が80〜150
℃に加熱された環境において起こることを見出した。さ
らに、該腐食環境において耐食性を向上させる手段を種
々検討した結果、従来のステンレス鋼とは全く逆に、C
rを5.5〜8.9%に低減し、Alを1.03〜3.
0%とWを0.05〜3.0%添加した鋼が排気系統を
はじめとする腐食環境で非常に優れた耐食性を示すこと
を見出した。さらに本発明者らはより優れた鋼を提供す
べく検討を続けた結果、Crを5.5〜8.9%、Al
1.03〜3.0%含有する鋼のCおよびNを低減す
ると耐食性の改善と加工性の向上に効果があること、脱
酸および強化元素としてはSiおよびMnが適切である
こと、上記の鋼にCu、Mo、Sb、Niを単独あるい
は組み合わせて添加するとより優れた耐食性が得られる
ことを見出した。
【0006】本発明は主に上記の知見に基づいてなされ
たものであり、本発明の第1発明が要旨とするところ
は、重量%で、 Si:0.01%以上1.2%未満、 Mn:0.1〜1.5%、 Cr:5.5〜8.9%、 Al:1.03〜3.0%、 W:0.05〜3.0% を含有し、 Cを0.02%以下、 Pを0.03%以下、 Sを0.01%以下、 Nを0.02%以下 に低減し、残部Feおよび不可避不純物からなることを
特徴とする内燃機関の排気系統において優れた耐食性を
有する鋼にある。
【0007】第2発明が要旨とするところは、第1発明
の鋼に付加成分としてさらに、重量%で、 Cu:0.05〜3.0%、 Mo:0.05〜2.0%、 Sb:0.01〜0.5%、 Ni:0.01〜2.0% の1種または2種以上を含有する内燃機関の排気系統に
おいて優れた耐食性を有する鋼にある。
【0008】第3発明が要旨とするところは、第1発明
あるいは第2発明の鋼に付加成分としてさらに、重量%
で、 希土類元素:0.001〜0.1%、 Ca:0.00
05〜0.03% の1種または2種を含有する内燃機関の排気系統におい
て優れた耐食性を有する鋼にある。
【0009】
【作用】以下に本発明において各成分の範囲を限定した
理由を述べる。 Si: SiはCrを5.5%以上含有する鋼に脱酸剤
および強化元素としての添加が有効であるが、含有量が
0.01%未満ではその脱酸効果が充分ではなく、1.
2%以上を含有するともはやその効果は飽和している上
に加工性を低下させるので、含有量範囲を0.01%以
上1.2%未満に限定する。
【0010】Mn: Mnは鋼の脱酸剤として必要で
0.1%以上を含有させる必要があるが、1.5%を超
えて含有させてもその効果はもはや飽和しているばかり
か、過剰にMnを含有させると加工性が低下するので上
限含有量は1.5%とする。 Cr: Crは耐食性を確保するために5.5%以上を
含有させることが必要であるが、8.9%を超えて含有
させてもいたずらにコストを増すばかりか、加工性が低
下するので上限含有量は8.9%とする。
【0011】Al: Alは本発明において耐食性を確
保するためにCrと並んで重要な元素であって、前述の
通りAlの含有量が1.03%未満では孔食の発生を抑
制する効果が充分ではなく、一方、3.0%を超えて添
加するとその効果は飽和するのに対して加工性を低下さ
せるものであるから、Alの含有量は1.03〜3.0
%に限定する。
【0012】W: WはCrを5.5%以上含有し、A
lを1.03%以上含有する鋼に複合して0.05%以
上添加すると孔食の発生と成長を抑制する効果が顕著で
あるが、3.0%を超えて添加しても効果が飽和するば
かりか加工性も低下させるので、上限含有量を3.0%
とする。
【0013】C、N: CおよびNは鋼板の加工性を低
下させる上に、CはCrと炭化物を生成して耐食性を低
下させるので、またNは靱性を低下させるので、Cおよ
びN量は少ない方が望ましく、上限含有量は、いずれも
0.02%とし、いずれも少ないほど好ましい。 P: Pは多量に存在すると靱性を低下させるので少な
い方が望ましく、上限含有量は0.03%とする。
【0014】S: Sも多量に存在すると耐孔食性を低
下させるので少ない方が望ましく、上限含有量は0.0
1%とする。 以上が本発明が対象とする耐食性に優れた鋼の基本的成
分であるが、本発明においては必要に応じてさらに以下
の元素を添加して特性を一段と向上させた鋼も対象とし
ている。
【0015】Cu: CuはCrを5.5%以上含有
し、Alを1.03%以上含有する鋼に0.05%以上
添加すると全面腐食に対する抵抗を向上させる効果があ
るが、3.0%を超えて添加しても効果が飽和するばか
りか熱間加工性を低下させるので上限含有量は3.0%
とする。 Mo: MoはCrを5.5%以上含有し、Alを1.
03%以上含有する鋼に0.05%以上添加すると孔食
の発生と成長を抑制する効果があるが、2.0%を超え
て添加しても効果が飽和するばかりか加工性を低下させ
るので上限含有量は2.0%とする。
【0016】Sb: SbもCrを5.5%以上含有
し、Alを1.03%以上含有する鋼に0.01%以上
添加すると孔食および全面腐食に対する抵抗を向上させ
る効果があるが、0.5%を超えて添加すると熱間加工
性を低下させるので上限含有量は0.5%とする。 Ni: NiはCrを5.5%以上含有し、Alを1.
03%以上含有する鋼に0.01%以上添加すると孔食
を抑制する効果があるが、2.0%を超えて添加しても
効果が飽和するばかりか熱間加工性を低下させるので上
限含有量は2.0%とする。
【0017】希土類元素(REM)、Ca: 希土類元
素およびCaは熱間加工性の向上と耐孔食性の改善に効
果のある元素であるが、添加量が希土類元素では0.0
01%未満、Caでは0.0005%未満ではその効果
が充分ではなく、希土類元素では0.1%を超えて、C
aでは0.03%を超えて添加すると、それぞれ粗大な
非金属介在物を生成して逆に熱間加工性や耐孔食性を劣
化させるので、上限含有量は希土類元素では0.1%、
Caでは0.03%とした。なお、本発明において希土
類元素とは原子番号が57〜71番および89〜103
番の元素およびYを指す。
【0018】本発明において提案する鋼は、内燃機関の
排気系統に使用するに際して、まず鋼板として製造した
後にそれをプレス等で所定の形状に成形し、さらに加工
・溶接して製品として製造しても良いし、鋼板を、例え
ば電縫鋼管等としてまず鋼管の形状にした後に2次加工
および溶接等によって製品に使用しても良く、その他の
プロセスも含めて本発明で限定する組成および元素の組
み合わせを有する鋼は、いずれも本発明の対象とすると
ころであって、コストや既存製造設備の制約等によって
最適な製品製造工程を選択することができ、どの製造工
程を選択したとしてもそれをもって本発明の範囲を逸脱
するものではない。また、本発明において提案する鋼は
内燃機関の排気系統の他、塩化物や硫酸イオン等を含有
する水溶液が高温に曝されたり、加熱・冷却が繰り返さ
れる環境等、種々の腐食環境に適用することができる。
【0019】
【実施例】以下に本発明の実施例について説明する。表
1、表2(表1のつづき−1)、表3(表1のつづき−
2)に成分を示す鋼を溶製し、熱延、冷延等の通常の鋼
板製造工程によって肉厚1mmの鋼板とし、850℃に
て焼鈍を施した。次にこれらの鋼板から幅50mm、長
さ70mmの試験片を採取して、腐食試験に供した。腐
食試験は、硫酸イオン100ppm、塩化物イオン10
0ppm、重炭酸イオン500ppmをアンモニウム塩
の形で添加した水溶液50cm3 中に試験片を半分まで
浸漬し、試験容器ごと130℃の雰囲気に保持して試験
溶液が完全に蒸発・揮散することを20回繰り返す試験
とした。これは自動車排気系の腐食条件を模擬したもの
である。試験結果を表1〜3に併せて示した。腐食試験
結果の◎は最大腐食深さが0.15mm以下、○は0.
2mm以下、×は0.2mm超であったことをそれぞれ
示している。
【0020】表1〜3から明らかなように、本発明例で
あるNo.1〜3、5、7、8、10〜15、17、2
3、24、26、27、29〜31は排気環境という非
常に厳しい腐食環境であっても良好な耐食性を示してい
るのに対して、比較例であるNo.37〜49は耐食性
に劣ることがわかる。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】
【表3】
【0024】
【発明の効果】以上述べたように、本発明は自動車等の
内燃機関の排気系統での耐食性に優れた鋼を低コストで
提供することを可能としたものであり、産業の発展に貢
献するところ極めて大である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 - 38/60

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 Si:0.01%以上1.2%未満、 Mn:0.1〜1.5%、 Cr:5.5〜8.9%、 Al:1.03〜3.0%、 W:0.05〜3.0% を含有し、 Cを0.02%以下、 Pを0.03%以下、 Sを0.01%以下、 Nを0.02%以下 に低減し、残部Feおよび不可避不純物からなることを
    特徴とする内燃機関の排気系統において優れた耐食性を
    有する鋼。
  2. 【請求項2】 付加成分としてさらに、重量%で、 Cu:0.05〜3.0%、 Mo:0.05〜2.0%、 Sb:0.01〜0.5%、 Ni:0.01〜2.0% の1種または2種以上を含有する請求項1記載の内燃機
    関の排気系統において優れた耐食性を有する鋼。
  3. 【請求項3】 付加成分としてさらに、重量%で、 希土類元素:0.001〜0.1%、 Ca:0.0005〜0.03% の1種または2種を含有する請求項1または2記載の
    燃機関の排気系統において優れた耐食性を有する鋼。
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