JP5012313B2 - 合金箔と排気ガス浄化装置用触媒担体 - Google Patents
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以下、本発明の合金箔が有すべき成分組成について具体的に説明する。
CおよびNは、ともに、過剰に含有すると、加工性を低下させて合金箔の製造を困難にするだけでなく、耐酸化性を劣化させる。よって、CおよびNの含有量は、それぞれ0.015mass%以下とする。望ましくは0.010mass%以下である。
Siは、過剰に含有すると、保護皮膜となして重要な役割を担うAl2O3酸化皮膜の成長を阻害する。また、Al2O3酸化皮膜の密着性を低下させるため、特に、900℃以上における耐酸化性を劣化させる。よって、Siの含有量は0.3mass%以下とする。好ましくは0.2mass%以下である。
Mnは、過剰に含有すると、Siと同様、Al2O3酸化皮膜の成長を阻害し、耐酸化性が劣化させる成分である。よって、Mn含有量は0.2mass%以下とする。好ましくは0.1mass%以下である。
PおよびSは、不可避的に混入してくる不純物成分であり、いずれも、加工性を劣化させて合金箔の製造を困難にするだけでなく、Al2O3酸化皮膜の成長を阻害し、耐酸化性をも劣化させる元素である。したがって、本発明では、極力、低減することが望ましく、Pは0.05mass%以下、Sは0.003mass%以下とする。好ましくは、Pは0.03mass%以下、Sは0.001mass%以下である。
Crは、高温における耐酸化性や剛性を確保するために必要な基本元素である。19.0mass%未満では、本発明が目的とする耐酸化性やヤング率を満足させるには不十分であり、一方、21.0mass%を超えると、加工性が劣化するため、合金箔を圧延することが難しくなったり、ハニカムにするための波付加工後の耐久性も劣化したりすることから、19.0〜21.0mass%の範囲とする。好ましくは、19.5〜20.5mass%の範囲である。
Alは、合金箔の表面に、保護性の高いAl2O3酸化皮膜を形成し、高温での耐酸化性を向上する元素である。しかし、Alの含有量が4.6mass%未満では、0.1mmの合金箔にした場合、酸化によるAlの早期消耗により十分な耐酸化性が得られない。一方、Alを過剰に添加しすぎると、加工性が劣化し、圧延することや製造ラインへの通板が困難となり、また、高温強度やヤング率の低下を招いたりする。よって、Alの上限は、7.0mass%とする。なお、耐酸化性、剛性および製造性とのバランスを確保する観点からは、5.0〜6.4mass%の範囲であることが好ましい。
Wは、高温における強度やヤング率を向上する作用があり、本発明においては、極めて重要な成分である。特に、Wは、NbやMo、Taと比べて、耐酸化性を劣化させる悪影響が小さいため、本発明の合金箔には最も適した強化元素である。900℃におけるヤング率を110GPa以上とするためには、Wを1.5mass%以上添加する必要がある。しかし、3.5mass%を超えて添加すると、加工性や耐酸化性が低下する。よって、本発明では、Wは1.5〜3.5mass%の範囲とする。好ましくは、1.5〜2.5mass%の範囲である。
La、ZrおよびHfは、Fe−Cr−Al系合金の高温における耐酸化性を高める、本発明においては極めて重要な元素である。すなわち、Laは、Al2O3酸化皮膜と合金との密着性を向上し、酸素の内方拡散を抑制することにより耐酸化性を向上させる元素である。また、ZrおよびHfは、C、Nと結合して固定することによって加工性を改善する元素である。また、Laと同時に添加することにより、Laの耐酸化性向上効果をさらに高める働きがある。しかし、Laの含有量が0.03mass%未満、ZrまたはHfの合計含有量が0.02mass%未満であると、本発明が目的とする優れた耐酸化性を得ることができず、一方、それらの元素を過剰に添加すると、酸化皮膜中の粒界や、酸化皮膜と地鉄との界面への濃化が過剰となり、かえって酸化速度を増加させるため、耐酸化性が低下する。よって、本発明においては、Laを0.03〜0.20mass%、ZrとHfの1種または2種を合計で0.02〜0.15mass%の範囲で添加する。好ましくは、La:0.04〜0.15mass%、ZrおよびHfの合計:0.03〜0.10mass%の範囲である。
Nb、MoおよびTaは、高温における強度やヤング率を高める効果があり、また、NiおよびTiは、高温での強度を高める効果がある成分である。しかし、NbおよびMoは、過剰に添加すると酸化増量を増加させ、また、Ta、NiおよびTiは、地鉄表層への濃化により合金の熱膨張率を増加させて、素材の消耗や変形を促進し、担体寿命を短くする。特に、これらの成分を過剰に添加すると、大気中で1100℃×500hrの酸化試験を行なった際の酸化増量が15g/m2を超えるか、あるいは変形量(寸法増加)が5%を超えるため、これらの合金箔でハニカム担体を作製した場合には、合金箔の変形や破断により浄化機能の低下が早期に起こってしまう。よって、これらの成分の含有量の上限は厳しく管理する必要があり、Nbは0.15mass%未満、Moは0.20mass%未満、Taは0.5mass%未満、Niは0.20mass%未満およびTiは0.10mass%未満に制限する。望ましくは、Nb、Mo、Tiは0.05mass%未満、Taは、0.1mass%未満、また、Niは、0.15mass%未満である。
本発明の合金箔は、加工性を考慮して成分設計をしているため、従来の製造方法を適用することによって十分に製造することができ、特に限定する必要はない。例えば、上記の成分組成を含有する鋼を、転炉や電気炉等で溶製し、VODやAODで2次精錬した後、造塊−分塊圧延法や連続鋳造法で鋼スラブとし、その後、1050〜1250℃に加熱してから熱間圧延し、熱延鋼板とする。次いで、上記鋼板表面のスケールを酸洗やショットブラスト、研削等で除去し、焼鈍と冷間圧延を複数回繰り返し、所定の板厚(0.03〜0.1mm)の合金箔とするのが好ましい。
<ヤング率の測定>
上記製造途中の板厚3mmの熱延鋼板を950〜1100℃の温度で焼鈍して十分に再結晶を起こさせてから、板厚:2mm×幅:10mm×長さ:60mmの試験片を切り出し、端面をすべて平滑面に仕上げた後、曲げ共振法を用いて、900℃におけるヤング率を測定した。ヤング率の測定結果は、110MPa未満を×、110MPa以上120MPa未満を○、120MPa以上を◎と評価した。
<耐酸化性の評価>
上記のようにして得た板厚0.05mmの合金箔を、さらに、1050〜1200℃で焼鈍し、十分に再結晶させた後、酸化増量測定用として、幅:20mm×長さ:30mmの寸法の試験片を、また、変形量測定用として、幅:50mm×長さ:50mmの寸法の試験片を、各合金箔からそれぞれ3枚ずつ採取した。次いで、これらの試験片を用いて、大気雰囲気炉中で1100℃×500時間加熱する酸化試験を行い、酸化増量および変形量を測定した。
酸化増量は、酸化試験前後の重量変化を初期の表面積で除して、単位面積当りの酸化増量を求め、3枚の平均値が、15g/m2超えを×、10g/m2超え15g/m2以下を〇、10g/m2以下を◎と評価した。なお、試験前後の重量変化の測定に際しては、試験片から剥離したスケールも回収し、酸化増量に加えた。また、変形量は、試験片ごとに幅と長さを各3ヶ所で測定して寸法変化量(%)を測定し、3枚の試験片の平均値を求め、その平均変形量が5%超えのものを×、3%超え5%以下のものを〇、3%以下のものを◎と評価した。
Claims (2)
- C:0.015mass%以下、Si:0.3mass%以下、Mn:0.2mass%以下、P:0.05mass%以下、S:0.003mass%以下、N:0.015mass%以下、Cr:19.0〜21.0mass%、Al:4.6〜7.0mass%、La:0.03〜0.20mass%、ZrおよびHfのうちから選ばれる1種または2種の合計:0.02〜0.15mass%、W:1.5〜3.5mass%を含有し、さらに、Nb:0.15mass%未満、Mo:0.20mass%未満、Ta:0.5mass%未満、Ni:0.20mass%未満およびTi:0.10mass%未満であり、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する合金箔。
- C:0.015mass%以下、Si:0.3mass%以下、Mn:0.2mass%以下、P:0.05mass%以下、S:0.003mass%以下、N:0.015mass%以下、Cr:19.0〜21.0mass%、Al:4.6〜7.0mass%、La:0.03〜0.20mass%、ZrおよびHfのうちから選ばれる1種または2種の合計:0.02〜0.15mass%、W:1.5〜3.5mass%を含有し、さらに、Nb:0.15mass%未満、Mo:0.20mass%未満、Ta:0.5mass%未満、Ni:0.20mass%未満およびTi:0.10mass%未満であり、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する合金箔を用いた排気ガス浄化装置用触媒担体。
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