JP3301845B2 - 高Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼を基材とするマニホルドコンバータ - Google Patents
高Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼を基材とするマニホルドコンバータInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、耐高温酸化特性に優れ
た高Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼を基材とするマ
ニホルドコンバータに関する。
た高Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼を基材とするマ
ニホルドコンバータに関する。
【０００２】
【従来の技術】高Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼
は、優れた耐高温酸化特性を呈し、ストーブのチムニー
材を始めとして暖房器具，電熱用材料等として広く使用
されている。最近では、自動車用排ガス浄化装置の触媒
コンバータ用基材としても使用されている。触媒コンバ
ータには、セラミックスを基材としたものが従来から使
用されているが、熱衝撃に弱く、熱容量が大きいことか
ら触媒反応温度域まで昇温するのに時間がかかる。これ
に対し、ステンレス鋼等でできたメタリックコンバータ
は、セラミック基質の欠点がない。メタリックコンバー
タの基材として板厚５０μｍ程度の箔材料が使用されて
いるが、箔材料は異常酸化が発生し易く、過酷な酸化条
件である排ガス雰囲気中で使用されることから、非常に
優れた耐高温酸化特性が要求される。このような要求特
性を満足する材料として、高Ｃｒ含有フェライト系ステ
ンレス鋼が注目されており、たとえば２０Ｃｒ−５Ａｌ
をベースとして希土類元素（ＲＥＭ），Ｙ等を添加した
フェライト系ステンレス鋼が使用されている。
は、優れた耐高温酸化特性を呈し、ストーブのチムニー
材を始めとして暖房器具，電熱用材料等として広く使用
されている。最近では、自動車用排ガス浄化装置の触媒
コンバータ用基材としても使用されている。触媒コンバ
ータには、セラミックスを基材としたものが従来から使
用されているが、熱衝撃に弱く、熱容量が大きいことか
ら触媒反応温度域まで昇温するのに時間がかかる。これ
に対し、ステンレス鋼等でできたメタリックコンバータ
は、セラミック基質の欠点がない。メタリックコンバー
タの基材として板厚５０μｍ程度の箔材料が使用されて
いるが、箔材料は異常酸化が発生し易く、過酷な酸化条
件である排ガス雰囲気中で使用されることから、非常に
優れた耐高温酸化特性が要求される。このような要求特
性を満足する材料として、高Ｃｒ含有フェライト系ステ
ンレス鋼が注目されており、たとえば２０Ｃｒ−５Ａｌ
をベースとして希土類元素（ＲＥＭ），Ｙ等を添加した
フェライト系ステンレス鋼が使用されている。
【０００３】最近の傾向としては、地球温暖化防止，公
害防止等の観点から自動車排ガス規制に対する要求が苛
酷になってきている。そのため、エンジン始動から触媒
作用温度域まで迅速に昇温させるため、排ガス温度の上
昇，エンジンに近いマニホルド直下でのコンバータ装着
等の対策が進められている。排ガス温度は、エンジンの
高出力化に伴っても高くなっている。その結果、コンバ
ータ基材の使用環境は、ますます苛酷になってきてい
る。従来のメタリックコンバータ用鋼は、このような過
酷な使用環境では十分な耐高温酸化特性を示さず、マニ
ホルドコンバータを開発する上でネックになっている。
そこで、従来よりも更に耐高温酸化特性に優れた材料が
要望されている。
害防止等の観点から自動車排ガス規制に対する要求が苛
酷になってきている。そのため、エンジン始動から触媒
作用温度域まで迅速に昇温させるため、排ガス温度の上
昇，エンジンに近いマニホルド直下でのコンバータ装着
等の対策が進められている。排ガス温度は、エンジンの
高出力化に伴っても高くなっている。その結果、コンバ
ータ基材の使用環境は、ますます苛酷になってきてい
る。従来のメタリックコンバータ用鋼は、このような過
酷な使用環境では十分な耐高温酸化特性を示さず、マニ
ホルドコンバータを開発する上でネックになっている。
そこで、従来よりも更に耐高温酸化特性に優れた材料が
要望されている。
【０００４】従来では、たとえば、板厚５０μｍの材料
について１１５０℃で９６時間の酸化試験を行い、異常
酸化を起こさない鋼材が使用されていた。しかし、使用
環境が苛酷になるに伴って、１１５０℃で５００時間以
上保持した場合でも異常酸化を起こさない非常に優れた
耐高温酸化特性がメタリックコンバータ用箔に要求され
る。高Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼は、Ｃｒ，Ａ
ｌ，ＲＥＭ，Ｙ等の添加量増加に応じて耐高温酸化特性
が向上する。たとえば、特開平４−１２８３４４号公報
には、０．０１〜０．５重量％のＹを添加することによ
り耐高温酸化特性を高めた高Ａｌ含有フェライト系ステ
ンレス鋼が紹介されている。また、特開平４−１２８３
４５号公報には、成分コストを可能な限り低く抑えた条
件下で耐酸化性を改善するため、０．０６〜０．１５重
量％のランタニド族元素Ｌｎを添加し、且つＬｎとの関
係で特定された量のＰを含有させることにより、熱間加
工性を改善した高Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼が
紹介されている。
について１１５０℃で９６時間の酸化試験を行い、異常
酸化を起こさない鋼材が使用されていた。しかし、使用
環境が苛酷になるに伴って、１１５０℃で５００時間以
上保持した場合でも異常酸化を起こさない非常に優れた
耐高温酸化特性がメタリックコンバータ用箔に要求され
る。高Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼は、Ｃｒ，Ａ
ｌ，ＲＥＭ，Ｙ等の添加量増加に応じて耐高温酸化特性
が向上する。たとえば、特開平４−１２８３４４号公報
には、０．０１〜０．５重量％のＹを添加することによ
り耐高温酸化特性を高めた高Ａｌ含有フェライト系ステ
ンレス鋼が紹介されている。また、特開平４−１２８３
４５号公報には、成分コストを可能な限り低く抑えた条
件下で耐酸化性を改善するため、０．０６〜０．１５重
量％のランタニド族元素Ｌｎを添加し、且つＬｎとの関
係で特定された量のＰを含有させることにより、熱間加
工性を改善した高Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼が
紹介されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ＲＥＭ，Ｙ等の合金元
素は、高Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼の耐高温酸
化特性を改善する上で有効であるが、多量添加したとき
却って耐高温酸化特性に弊害を及ぼすこともある。ま
た、高Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼は、一般にス
ラブ及び熱延板の靭性が低く、製造性に劣る。そのた
め、耐高温酸化特性を向上させるためにＣｒ及びＡｌ含
有量を多くすると、原料コストの上昇は勿論、靭性劣化
に起因して製造性が悪くなり、製造不可能又は歩留りの
低下による著しいコストの上昇を招く。メタリックコン
バータ用基材として使用されるフェライト系ステンレス
鋼は、板厚５０μｍ程度の箔に加工される。この箔が高
温排ガスによる繰返し加熱及び冷却のヒートサイクルに
曝されるため、加熱・変形に起因した変形が問題とな
る。この点、メタリックコンバータ用基材としての材料
には、高温強度に優れていることも要求される。特に過
酷な使用雰囲気に曝されるマニホルドコンバータにあっ
ては、要求される特性が一段と厳しくなる。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、コンバ
ータ基材として使用される鋼の表面に形成される酸化物
層を制御することにより、従来のメタリックコンバータ
よりも著しく優れた耐高温酸化特性を示すマニホルドコ
ンバータを提供することを目的とする。
素は、高Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼の耐高温酸
化特性を改善する上で有効であるが、多量添加したとき
却って耐高温酸化特性に弊害を及ぼすこともある。ま
た、高Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼は、一般にス
ラブ及び熱延板の靭性が低く、製造性に劣る。そのた
め、耐高温酸化特性を向上させるためにＣｒ及びＡｌ含
有量を多くすると、原料コストの上昇は勿論、靭性劣化
に起因して製造性が悪くなり、製造不可能又は歩留りの
低下による著しいコストの上昇を招く。メタリックコン
バータ用基材として使用されるフェライト系ステンレス
鋼は、板厚５０μｍ程度の箔に加工される。この箔が高
温排ガスによる繰返し加熱及び冷却のヒートサイクルに
曝されるため、加熱・変形に起因した変形が問題とな
る。この点、メタリックコンバータ用基材としての材料
には、高温強度に優れていることも要求される。特に過
酷な使用雰囲気に曝されるマニホルドコンバータにあっ
ては、要求される特性が一段と厳しくなる。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、コンバ
ータ基材として使用される鋼の表面に形成される酸化物
層を制御することにより、従来のメタリックコンバータ
よりも著しく優れた耐高温酸化特性を示すマニホルドコ
ンバータを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のマニホルドコン
バータは、その目的を達成するため、Ｃｒ：１５〜２８
重量％及びＡｌ：３〜８重量％を含むフェライト系ステ
ンレス鋼の表面にＣｒ系酸化物層及びＡｌ系酸化物層が
順次形成されており、Ｃｒ系酸化物層／Ａｌ系酸化物層
の最大厚み比が１以下，好ましくは０．３以下である高
Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼を基材とする。基材
となるフェライト系ステンレス鋼は、具体的にはＣ：
０．０３重量％以下，Ｓｉ：０．２５重量％以下，Ｍ
ｎ：０．３重量％以下，Ｐ：０．０４重量％以下，Ｓ：
０．００３重量％以下，Ｎ：０．０３重量％以下，Ｃ
ｒ：１５〜２８重量％，Ａｌ：３〜８重量％，Ｍｏ：
０．５〜３重量％，希土類元素（ＲＥＭ）及びＹの１種
又は２種以上：合計で０．０１〜０．１５重量％を含
み、ＲＥＭ＋Ｙ＋Ｍｏ／１０＝０．３５〜０．１（好ま
しくは、０．３５〜０．２２）を満足する。このステン
レス鋼は、更にＴｉ及び／又はＶを合計で０．０１〜
０．５重量％含むことができる。
バータは、その目的を達成するため、Ｃｒ：１５〜２８
重量％及びＡｌ：３〜８重量％を含むフェライト系ステ
ンレス鋼の表面にＣｒ系酸化物層及びＡｌ系酸化物層が
順次形成されており、Ｃｒ系酸化物層／Ａｌ系酸化物層
の最大厚み比が１以下，好ましくは０．３以下である高
Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼を基材とする。基材
となるフェライト系ステンレス鋼は、具体的にはＣ：
０．０３重量％以下，Ｓｉ：０．２５重量％以下，Ｍ
ｎ：０．３重量％以下，Ｐ：０．０４重量％以下，Ｓ：
０．００３重量％以下，Ｎ：０．０３重量％以下，Ｃ
ｒ：１５〜２８重量％，Ａｌ：３〜８重量％，Ｍｏ：
０．５〜３重量％，希土類元素（ＲＥＭ）及びＹの１種
又は２種以上：合計で０．０１〜０．１５重量％を含
み、ＲＥＭ＋Ｙ＋Ｍｏ／１０＝０．３５〜０．１（好ま
しくは、０．３５〜０．２２）を満足する。このステン
レス鋼は、更にＴｉ及び／又はＶを合計で０．０１〜
０．５重量％含むことができる。
【０００７】
【作用】高Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼の耐高温
酸化特性は、鋼材表面に形成されるＡｌ系酸化物によっ
て付与される。このステンレス鋼にＹ又はＲＥＭを添加
するとき、酸化皮膜の密着性が改善されると共に、異常
酸化が抑制される。本発明者等は、非常に厳しい酸化条
件に耐える鋼材を開発するため、酸化雰囲気で１１５０
℃に５００時間加熱したとき箔表面に形成される酸化皮
膜について調査した。Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金箔を高温
に加熱すると、箔表面にＡｌ系酸化物層が形成される。
薄い板厚の合金箔では、鋼材の単位表面積当りに供給さ
れるＡｌ量が少なく、短時間で鋼中のＡｌが全て表層酸
化物として消費され、鋼中のＡｌが無くなる。たとえ
ば、板厚５０μｍの箔を１１５０℃に加熱したとき、１
００時間以内で鋼中のＡｌが全て酸化された。鋼中のＡ
ｌが消費された後で更に酸化が進行すると、Ａｌ系酸化
物層と下地鋼との間にＣｒ系酸化物層が形成される。こ
のＣｒ系酸化物層が酸化に対し安定でない場合、局部的
に厚い塊状の酸化物が形成され、塊状酸化物を起点とし
て酸化が進行する。その結果、下地鋼のＦｅが酸化さ
れ、板厚方向に貫通した酸化状態に達する。
酸化特性は、鋼材表面に形成されるＡｌ系酸化物によっ
て付与される。このステンレス鋼にＹ又はＲＥＭを添加
するとき、酸化皮膜の密着性が改善されると共に、異常
酸化が抑制される。本発明者等は、非常に厳しい酸化条
件に耐える鋼材を開発するため、酸化雰囲気で１１５０
℃に５００時間加熱したとき箔表面に形成される酸化皮
膜について調査した。Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金箔を高温
に加熱すると、箔表面にＡｌ系酸化物層が形成される。
薄い板厚の合金箔では、鋼材の単位表面積当りに供給さ
れるＡｌ量が少なく、短時間で鋼中のＡｌが全て表層酸
化物として消費され、鋼中のＡｌが無くなる。たとえ
ば、板厚５０μｍの箔を１１５０℃に加熱したとき、１
００時間以内で鋼中のＡｌが全て酸化された。鋼中のＡ
ｌが消費された後で更に酸化が進行すると、Ａｌ系酸化
物層と下地鋼との間にＣｒ系酸化物層が形成される。こ
のＣｒ系酸化物層が酸化に対し安定でない場合、局部的
に厚い塊状の酸化物が形成され、塊状酸化物を起点とし
て酸化が進行する。その結果、下地鋼のＦｅが酸化さ
れ、板厚方向に貫通した酸化状態に達する。
【０００８】この点、従来の材料は、異常酸化の抑制を
目的として、ＲＥＭ，Ｙ等の添加によってＡｌ系酸化物
の密着性及び安定性を改善していた。しかし、更に耐高
温酸化性を改善するためには、Ａｌ系酸化物の改質だけ
ではなく、Ｃｒ系酸化物の改質が必要である。本発明者
等は、このような前提に基づき調査・研究を進めた結
果、Ｃｒ系酸化物が塊状に成長していないとき、耐高温
酸化特性が向上することを見い出した。Ｃｒ系酸化物の
塊状成長は、Ａｌ系酸化物層に対するＣｒ系酸化物層の
最大厚み比で定量的に表すことができる。最大厚み比が
１以下のとき、実質的なＣｒ系酸化物の塊状成長がな
く、優れた耐高温酸化特性が得られる。最大厚み比が１
を超えるようになると、下地鋼とＡｌ系酸化物層との間
にできたＣｒ系酸化物層の随所に大きな塊状に成長した
部分がみられる。このような塊状のＣｒ系酸化物層をも
つものでは、耐高温酸化特性が低下している。
目的として、ＲＥＭ，Ｙ等の添加によってＡｌ系酸化物
の密着性及び安定性を改善していた。しかし、更に耐高
温酸化性を改善するためには、Ａｌ系酸化物の改質だけ
ではなく、Ｃｒ系酸化物の改質が必要である。本発明者
等は、このような前提に基づき調査・研究を進めた結
果、Ｃｒ系酸化物が塊状に成長していないとき、耐高温
酸化特性が向上することを見い出した。Ｃｒ系酸化物の
塊状成長は、Ａｌ系酸化物層に対するＣｒ系酸化物層の
最大厚み比で定量的に表すことができる。最大厚み比が
１以下のとき、実質的なＣｒ系酸化物の塊状成長がな
く、優れた耐高温酸化特性が得られる。最大厚み比が１
を超えるようになると、下地鋼とＡｌ系酸化物層との間
にできたＣｒ系酸化物層の随所に大きな塊状に成長した
部分がみられる。このような塊状のＣｒ系酸化物層をも
つものでは、耐高温酸化特性が低下している。
【０００９】Ｃｒ系酸化物層の塊状成長は、ＲＥＭ，Ｙ
とＭｏとの複合添加によって抑制できる。更に、Ｔｉ，
Ｖを添加するとき、局部的な酸化の進行が抑制される。
その結果、優れた耐高温酸化特性を示す箔が得られる。
表１に示した鋼Ａ及びＢから製造された板厚５０μｍの
箔を、１１５０℃で２００時間酸化させた。鋼Ａは、メ
タリックコンバータ用に使用されている従来鋼である。
鋼Ｂは、２重量％のＭｏ及び微量のＲＥＭを添加した鋼
である。生成した酸化皮膜が欠落しないようにＮｉめっ
きを施した後、表層の断面組織を観察した。鋼Ａの箔
は、図１に示すようにＡｌ系酸化物層の下でＣｒ系酸化
物が局部的に著しく成長していた。鋼Ｂの箔は、図２に
示すように薄く均一な厚みを持つＣｒ系酸化物層がＡｌ
系酸化物層の下に形成されており、塊状酸化物が検出さ
れなかった。
とＭｏとの複合添加によって抑制できる。更に、Ｔｉ，
Ｖを添加するとき、局部的な酸化の進行が抑制される。
その結果、優れた耐高温酸化特性を示す箔が得られる。
表１に示した鋼Ａ及びＢから製造された板厚５０μｍの
箔を、１１５０℃で２００時間酸化させた。鋼Ａは、メ
タリックコンバータ用に使用されている従来鋼である。
鋼Ｂは、２重量％のＭｏ及び微量のＲＥＭを添加した鋼
である。生成した酸化皮膜が欠落しないようにＮｉめっ
きを施した後、表層の断面組織を観察した。鋼Ａの箔
は、図１に示すようにＡｌ系酸化物層の下でＣｒ系酸化
物が局部的に著しく成長していた。鋼Ｂの箔は、図２に
示すように薄く均一な厚みを持つＣｒ系酸化物層がＡｌ
系酸化物層の下に形成されており、塊状酸化物が検出さ
れなかった。
【００１０】
【表１】
【００１１】鋼Ａ及びＢを改めて１１５０℃で酸化試験
したところ、１０００時間以上の加熱後も鋼Ｂに異常酸
化は検出されなかった。加熱後の鋼断面を観察したとこ
ろ、Ｃｒ系酸化物層の成長がほとんどみられず、初期酸
化皮膜形成後の酸化増量の変化も極めて少なかった。他
方、鋼Ａでは、加熱が２３０時間継続した時点で部分的
な異常酸化が始まり、その後の加熱で試験片全体にわた
って異常酸化が進行した。加熱された鋼の断面を観察し
たところ、Ｃｒ系酸化物層が塊状に板厚方向に沿って成
長した部分を起点として異常酸化が発生していた。鋼Ａ
及びＢの酸化試験結果から、異常酸化の発生原因は、Ａ
ｌ系酸化物層の下に形成されるＣｒ系酸化物の塊状化に
あるといえる。また、Ｃｒ系酸化物の塊状化は、Ｍｏと
共にＲＥＭ及び／又はＹを複合添加することにより抑制
される。その結果、耐高温酸化特性が著しく改善された
鋼材が得られる。
したところ、１０００時間以上の加熱後も鋼Ｂに異常酸
化は検出されなかった。加熱後の鋼断面を観察したとこ
ろ、Ｃｒ系酸化物層の成長がほとんどみられず、初期酸
化皮膜形成後の酸化増量の変化も極めて少なかった。他
方、鋼Ａでは、加熱が２３０時間継続した時点で部分的
な異常酸化が始まり、その後の加熱で試験片全体にわた
って異常酸化が進行した。加熱された鋼の断面を観察し
たところ、Ｃｒ系酸化物層が塊状に板厚方向に沿って成
長した部分を起点として異常酸化が発生していた。鋼Ａ
及びＢの酸化試験結果から、異常酸化の発生原因は、Ａ
ｌ系酸化物層の下に形成されるＣｒ系酸化物の塊状化に
あるといえる。また、Ｃｒ系酸化物の塊状化は、Ｍｏと
共にＲＥＭ及び／又はＹを複合添加することにより抑制
される。その結果、耐高温酸化特性が著しく改善された
鋼材が得られる。
【００１２】そこで、２０Ｃｒ−５Ａｌ−ＲＥＭ，Ｙを
基本組成とする種々の鋼箔を１１５０℃に２００時間保
持した後、表層の断面組織を観察し、Ａｌ系酸化物層及
びＣｒ系酸化物層の厚みを調査した。調査結果は、Ａｌ
系酸化物層に対するＣｒ系酸化物層の最大厚み比が１以
下のとき、Ｃｒ系酸化物層が塊状化していないことを示
した。Ａｌ系酸化物層に対するＣｒ系酸化物層の最大厚
み比は、ＲＥＭ＋Ｙ＋Ｍｏ／１０に影響され、図３に示
すようにＲＥＭ＋Ｙ＋Ｍｏ／１０≧０．１のとき最大厚
み比が１以下になることが判った。この知見に基づき、
表２に示す鋼から板厚５０μｍの箔材料を作成し、１１
５０℃の酸化試験に供した。表２に掲げた鋼は、何れも
ＲＥＭ＋Ｙ＋Ｍｏ／１０≧０．１を満足しており、１１
５０℃に５００時間以上加熱しても異常酸化を起こさな
かった。特に、ＲＥＭ＋Ｙ＋Ｍｏ／１０≧０．２２の鋼
Ｅ及びＦは、１０００時間を超える加熱でも異常酸化を
発生しなかった。しかし、ＲＥＭ＋Ｙ＋Ｍｏ／１０の値
が大きくなるに従って鋼材の靭性が低下し、製造が困難
になることから、ＲＥＭ＋Ｙ＋Ｍｏ／１０の上限を０．
３５とすることが好ましい。
基本組成とする種々の鋼箔を１１５０℃に２００時間保
持した後、表層の断面組織を観察し、Ａｌ系酸化物層及
びＣｒ系酸化物層の厚みを調査した。調査結果は、Ａｌ
系酸化物層に対するＣｒ系酸化物層の最大厚み比が１以
下のとき、Ｃｒ系酸化物層が塊状化していないことを示
した。Ａｌ系酸化物層に対するＣｒ系酸化物層の最大厚
み比は、ＲＥＭ＋Ｙ＋Ｍｏ／１０に影響され、図３に示
すようにＲＥＭ＋Ｙ＋Ｍｏ／１０≧０．１のとき最大厚
み比が１以下になることが判った。この知見に基づき、
表２に示す鋼から板厚５０μｍの箔材料を作成し、１１
５０℃の酸化試験に供した。表２に掲げた鋼は、何れも
ＲＥＭ＋Ｙ＋Ｍｏ／１０≧０．１を満足しており、１１
５０℃に５００時間以上加熱しても異常酸化を起こさな
かった。特に、ＲＥＭ＋Ｙ＋Ｍｏ／１０≧０．２２の鋼
Ｅ及びＦは、１０００時間を超える加熱でも異常酸化を
発生しなかった。しかし、ＲＥＭ＋Ｙ＋Ｍｏ／１０の値
が大きくなるに従って鋼材の靭性が低下し、製造が困難
になることから、ＲＥＭ＋Ｙ＋Ｍｏ／１０の上限を０．
３５とすることが好ましい。
【００１３】
【表２】
【００１４】ＲＥＭ及び／又はＹと共にＭｏを、更にＴ
ｉ，Ｖを複合添加することによって異常酸化が抑制され
る理由は明確でない。しかし、Ｃｒ系酸化物中に固溶し
たＭｏ等によって酸素の内方拡散が抑制され、酸化がほ
とんど進行しないことによるものと推察される。実際、
ＲＥＭ，Ｙ，Ｍｏ等を複合添加した鋼を高温に保持した
とき、初期の酸化皮膜が形成した後では酸化増量の経時
変化が著しく小さくなっている。このことは、酸化皮膜
中の酸素が内方に拡散する速度が非常に小さいことを示
す。
ｉ，Ｖを複合添加することによって異常酸化が抑制され
る理由は明確でない。しかし、Ｃｒ系酸化物中に固溶し
たＭｏ等によって酸素の内方拡散が抑制され、酸化がほ
とんど進行しないことによるものと推察される。実際、
ＲＥＭ，Ｙ，Ｍｏ等を複合添加した鋼を高温に保持した
とき、初期の酸化皮膜が形成した後では酸化増量の経時
変化が著しく小さくなっている。このことは、酸化皮膜
中の酸素が内方に拡散する速度が非常に小さいことを示
す。
【００１５】以下、基材として使用するフェライト系ス
テンレス鋼に含まれる合金成分，含有量等を説明する。 Ｃ：０．０３重量％以下 Ｃ含有量の増加に従って、異常酸化が発生し易くなり、
耐高温酸化特性が劣化する。また、高Ａｌ含有フェライ
ト系ステンレス鋼においては、Ｃ含有量の増加によりス
ラブ又はホットコイルの靭性が劣化する。したがって、
本発明においては、Ｃ含有量の上限を０．０３重量％に
規定した。 Ｓｉ：０．２５重量％以下 通常のステンレス鋼では、耐高温酸化特性を改善するた
めに有効な元素として扱われており、耐高温酸化用ステ
ンレス鋼に積極的に添加されていた。しかし、高Ａｌ含
有フェライト系ステンレス鋼では、Ｓｉ含有量が少ない
ほど耐高温酸化特性が良くなり、異常酸化が発生しにく
くなる。したがって、本発明においては、Ｓｉ含有量の
上限を０．２５重量％に規定した。
テンレス鋼に含まれる合金成分，含有量等を説明する。 Ｃ：０．０３重量％以下 Ｃ含有量の増加に従って、異常酸化が発生し易くなり、
耐高温酸化特性が劣化する。また、高Ａｌ含有フェライ
ト系ステンレス鋼においては、Ｃ含有量の増加によりス
ラブ又はホットコイルの靭性が劣化する。したがって、
本発明においては、Ｃ含有量の上限を０．０３重量％に
規定した。 Ｓｉ：０．２５重量％以下 通常のステンレス鋼では、耐高温酸化特性を改善するた
めに有効な元素として扱われており、耐高温酸化用ステ
ンレス鋼に積極的に添加されていた。しかし、高Ａｌ含
有フェライト系ステンレス鋼では、Ｓｉ含有量が少ない
ほど耐高温酸化特性が良くなり、異常酸化が発生しにく
くなる。したがって、本発明においては、Ｓｉ含有量の
上限を０．２５重量％に規定した。
【００１６】Ｍｎ：０．３重量％以下 熱間加工性を改善する元素であるが、耐高温酸化特性に
悪影響を及ぼす。Ｍｎ含有量の低減により、耐高温酸化
特性が改善され、異常酸化が発生しにくくなる。靭性
も、Ｍｎ含有量が低いほど改善される。しかし、Ｍｎ
は、原料スクラップから混入するため、低くコントロー
ルすることが困難である。したがって、本発明では、Ｍ
ｎ含有量の上限を０．３重量％とした。 Ｐ：０．０４重量％以下 耐高温酸化特性に悪影響を及ぼすため、低い含有量ほど
好ましい。また、熱延板の靭性に悪影響を及ぼすことか
ら、Ｐ含有量の上限を０．０４重量％に規定した。 Ｓ：０．００３重量％以下 ＲＥＭ，Ｙ等と結合し、介在物となって鋼の表面性状を
劣化させるばかりでなく、耐高温酸化特性に効果がある
ＲＥＭ，Ｙ等の有効量を減少させる。この弊害は、Ｓ含
有量が０．００３重量％を超えるとき顕著になる。した
がって、本発明においては、Ｓ含有量を０．０３重量％
以下，好ましくは０．００２重量％以下にした。
悪影響を及ぼす。Ｍｎ含有量の低減により、耐高温酸化
特性が改善され、異常酸化が発生しにくくなる。靭性
も、Ｍｎ含有量が低いほど改善される。しかし、Ｍｎ
は、原料スクラップから混入するため、低くコントロー
ルすることが困難である。したがって、本発明では、Ｍ
ｎ含有量の上限を０．３重量％とした。 Ｐ：０．０４重量％以下 耐高温酸化特性に悪影響を及ぼすため、低い含有量ほど
好ましい。また、熱延板の靭性に悪影響を及ぼすことか
ら、Ｐ含有量の上限を０．０４重量％に規定した。 Ｓ：０．００３重量％以下 ＲＥＭ，Ｙ等と結合し、介在物となって鋼の表面性状を
劣化させるばかりでなく、耐高温酸化特性に効果がある
ＲＥＭ，Ｙ等の有効量を減少させる。この弊害は、Ｓ含
有量が０．００３重量％を超えるとき顕著になる。した
がって、本発明においては、Ｓ含有量を０．０３重量％
以下，好ましくは０．００２重量％以下にした。
【００１７】Ｎ：０．０３重量％以下 靭性を低下させ、異常酸化の起点となるＡｌＮを形成す
る有害元素である。したがって、Ｎ含有量は、上限を
０．０３重量％とした。 Ｃｒ：１５〜２８重量％ 耐高温酸化特性を改善するために必要な基本元素であ
り、その効果を発揮させる上でＣｒ含有量を１５重量％
以上にすることが必要である。しかし、２８重量％を超
えて多量のＣｒが含まれると、スラブ及びホットコイル
の靭性が劣化し、製造性が悪くなる。 Ａｌ：３〜８重量％ Ｃｒと同様に、鋼の耐高温酸化特性を維持するために不
可欠な合金元素である。Ａｌの含有により、鋼表面にＡ
ｌ系酸化物層が形成され、優れた耐高温酸化特性が付与
される。特に、板厚が１００μｍ以下のような箔材料で
は、異常酸化が発生し易い。十分なＡｌ系酸化物を成長
させるためには、３重量％以上のＡｌ含有量が必要であ
る。しかし、Ａｌ含有量が８重量％を超えると、スラブ
及びホットコイルの靭性が低下し、量産が困難になる。
る有害元素である。したがって、Ｎ含有量は、上限を
０．０３重量％とした。 Ｃｒ：１５〜２８重量％ 耐高温酸化特性を改善するために必要な基本元素であ
り、その効果を発揮させる上でＣｒ含有量を１５重量％
以上にすることが必要である。しかし、２８重量％を超
えて多量のＣｒが含まれると、スラブ及びホットコイル
の靭性が劣化し、製造性が悪くなる。 Ａｌ：３〜８重量％ Ｃｒと同様に、鋼の耐高温酸化特性を維持するために不
可欠な合金元素である。Ａｌの含有により、鋼表面にＡ
ｌ系酸化物層が形成され、優れた耐高温酸化特性が付与
される。特に、板厚が１００μｍ以下のような箔材料で
は、異常酸化が発生し易い。十分なＡｌ系酸化物を成長
させるためには、３重量％以上のＡｌ含有量が必要であ
る。しかし、Ａｌ含有量が８重量％を超えると、スラブ
及びホットコイルの靭性が低下し、量産が困難になる。
【００１８】Ｍｏ：０．５〜３重量％ Ｍｏは、揮発性の高い酸化物を形成し易いことから、鋼
の耐高温酸化特性を劣化させる有害元素として扱われて
きた。しかし、本発明で使用する鋼においては、Ｍｏ添
加によってＣｒ系酸化物の安定性が向上し、塊状酸化物
の生成が抑制される。その結果、耐高温酸化特性が著し
く改善される。Ｍｏ添加は、高温強度の改善にも有効で
ある。このような効果は、０．５重量％以上のＭｏ含有
量で顕著になる。しかし、３重量％を超える多量のＭｏ
が含有されると、鋼の靭性が劣化し、製造性が悪くな
る。 ＲＥＭ及びＹの１種又は２種以上：合計で０．０１〜
０．１５重量％ Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金の耐高温酸化特性を改善する上
で、重要な合金元素である。Ｌａ，Ｃｅ，Ｎｄ等のＲＥ
Ｍ及びＹは、高Ａｌフェライト系ステンレス鋼の表面に
形成される酸化皮膜の安定性を著しく改善し、箔材料に
発生し易い異常酸化を抑制する。ＲＥＭ及びＹは、酸化
皮膜の密着性を良好にする作用も呈する。このような効
果を得るためには、ＲＥＭ及びＹの１種又は２種以上を
合計で０．０１重量％以上を含ませることが必要であ
る。逆に、０．１５重量％を超える多量のＲＥＭ及び／
又はＹを添加すると、熱間加工性及び靭性が著しく劣化
し、製造が困難になる。多量に添加されたＲＥＭ，Ｙ
は、異常酸化の起点となる介在物を生成し、却って耐高
温酸化特性を劣化させる。
の耐高温酸化特性を劣化させる有害元素として扱われて
きた。しかし、本発明で使用する鋼においては、Ｍｏ添
加によってＣｒ系酸化物の安定性が向上し、塊状酸化物
の生成が抑制される。その結果、耐高温酸化特性が著し
く改善される。Ｍｏ添加は、高温強度の改善にも有効で
ある。このような効果は、０．５重量％以上のＭｏ含有
量で顕著になる。しかし、３重量％を超える多量のＭｏ
が含有されると、鋼の靭性が劣化し、製造性が悪くな
る。 ＲＥＭ及びＹの１種又は２種以上：合計で０．０１〜
０．１５重量％ Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金の耐高温酸化特性を改善する上
で、重要な合金元素である。Ｌａ，Ｃｅ，Ｎｄ等のＲＥ
Ｍ及びＹは、高Ａｌフェライト系ステンレス鋼の表面に
形成される酸化皮膜の安定性を著しく改善し、箔材料に
発生し易い異常酸化を抑制する。ＲＥＭ及びＹは、酸化
皮膜の密着性を良好にする作用も呈する。このような効
果を得るためには、ＲＥＭ及びＹの１種又は２種以上を
合計で０．０１重量％以上を含ませることが必要であ
る。逆に、０．１５重量％を超える多量のＲＥＭ及び／
又はＹを添加すると、熱間加工性及び靭性が著しく劣化
し、製造が困難になる。多量に添加されたＲＥＭ，Ｙ
は、異常酸化の起点となる介在物を生成し、却って耐高
温酸化特性を劣化させる。
【００１９】 ＲＥＭ＋Ｙ＋Ｍｏ／１０：０．３５〜０．１重量％ Ａｌ系酸化物層に対するＣｒ系酸化物層の最大厚み比に
影響を与えるファクターである。本発明者等の調査・研
究によるとき、ＲＥＭ＋Ｙ＋Ｍｏ／１０が０．１重量％
以上，好ましくは０．２２重量％以上であれば、Ｃｒ系
酸化物層／Ａｌ系酸化物層の最大厚み比が１以下にな
り、Ｃｒ系酸化物層の塊状化が防止される。しかし、Ｒ
ＥＭ＋Ｙ＋Ｍｏ／１０が０．３５重量％を超えるように
なると、靭性の低下に起因して製造性が悪くなる。 Ｔｉ及び／又はＶ：合計で０．０１〜０．５重量％ マニホルドコンバータとして使用される箔材料は、酸化
性雰囲気下で冷熱サイクルを繰返し受ける。すなわち、
箔表面に生成した酸化皮膜が剥離し易い環境で使用され
る。酸化皮膜の密着性はＲＥＭ，Ｙ等の添加によって改
善されるものの、多量添加は原料コストの上昇を招く。
この点、Ｔｉ及び／又はＶを添加するとき、ＲＥＭ，Ｙ
等を多量に添加しなくても非常に優れた密着性を持つ酸
化皮膜が得られ、異常酸化が発生しなくなる。このよう
な効果を得るためには、合計で０．０１重量％以上のＴ
ｉ及び／又はＶを含有させる。Ｔｉ及び／又はＶを添加
する場合、その含有量の上昇に従って鋼材が硬質化する
ことから、含有量の上限を０．５重量％に規制する。
影響を与えるファクターである。本発明者等の調査・研
究によるとき、ＲＥＭ＋Ｙ＋Ｍｏ／１０が０．１重量％
以上，好ましくは０．２２重量％以上であれば、Ｃｒ系
酸化物層／Ａｌ系酸化物層の最大厚み比が１以下にな
り、Ｃｒ系酸化物層の塊状化が防止される。しかし、Ｒ
ＥＭ＋Ｙ＋Ｍｏ／１０が０．３５重量％を超えるように
なると、靭性の低下に起因して製造性が悪くなる。 Ｔｉ及び／又はＶ：合計で０．０１〜０．５重量％ マニホルドコンバータとして使用される箔材料は、酸化
性雰囲気下で冷熱サイクルを繰返し受ける。すなわち、
箔表面に生成した酸化皮膜が剥離し易い環境で使用され
る。酸化皮膜の密着性はＲＥＭ，Ｙ等の添加によって改
善されるものの、多量添加は原料コストの上昇を招く。
この点、Ｔｉ及び／又はＶを添加するとき、ＲＥＭ，Ｙ
等を多量に添加しなくても非常に優れた密着性を持つ酸
化皮膜が得られ、異常酸化が発生しなくなる。このよう
な効果を得るためには、合計で０．０１重量％以上のＴ
ｉ及び／又はＶを含有させる。Ｔｉ及び／又はＶを添加
する場合、その含有量の上昇に従って鋼材が硬質化する
ことから、含有量の上限を０．５重量％に規制する。
【００２０】
【実施例】表３及び表４に示す各種鋼を真空溶解し、鍛
造，切削及び熱延した後、焼鈍及び冷間圧延を繰返し、
板厚５０μｍの箔材を製造した。この箔材料から切り出
された試験片を１１５０℃の酸化試験に供し、異常酸化
が発生した時間を測定した。試験結果を、表３及び表４
に併せ示す。
造，切削及び熱延した後、焼鈍及び冷間圧延を繰返し、
板厚５０μｍの箔材を製造した。この箔材料から切り出
された試験片を１１５０℃の酸化試験に供し、異常酸化
が発生した時間を測定した。試験結果を、表３及び表４
に併せ示す。
【００２１】
【表３】
【００２２】
【表４】
【００２３】表３から明らかなように、本発明鋼では、
何れも異常酸化が起きるのは５００時間以上経過した後
であり、非常に優れた耐高温酸化特性を示した。したが
って、１１５０℃で５００時間以上保持しても異常酸化
を起こさないというマニホルドコンバータ用材料として
要求される目標特性を満足している。特に、ＲＥＭ＋Ｙ
＋Ｍｏ／１０≧０．２２でＣｒ酸化物層／Ａｌ酸化物層
の最大厚み比が０．３以下のＮｏ.３，５〜１１は、１
１５０℃で１０００時間を超える長時間保持した場合で
も、異常酸化が発生しない極めて優れた特性を示した。
これに対し、比較鋼は、表４に示すように何れも５００
時間以内に異常酸化が発生しており、目標特性を満足し
なかった。たとえば、Ｍｏを含んでいないＮｏ.１２〜
１４は、短時間で異常酸化が発生した。Ｍｏ，Ｖ及びＲ
ＥＭを含むもののＲＥＭ＋Ｙ＋Ｍｏ／１０が０．１％未
満であるＮｏ．１５，Ａｌ含有量が少ないＮｏ．１６及
びＹ，ＲＥＭが添加されていないＮｏ．１７は、本発明
鋼と比較して耐高温酸化特性が劣っている。それぞれの
鋼を１１５０℃で２００時間加熱酸化したときに生成し
た酸化皮膜を構造解析し、Ｃｒ系酸化物層／Ａｌ系酸化
物層の最大厚み比を求めた。本発明鋼では、表３に示さ
れているように何れも最大厚み比が１以下で、均一な薄
いＣｒ系酸化物層が形成されていた。比較鋼は、表４に
示すように最大厚み比が１以上になっており、Ｃｒ系酸
化物層に局部的な塊状成長が検出された。また、２００
時間以内に異常酸化が発生したＮｏ．１２，１３及び１
７の鋼箔では、板厚を貫通する酸化が生じていたため、
最大厚み比の測定ができなかった。
何れも異常酸化が起きるのは５００時間以上経過した後
であり、非常に優れた耐高温酸化特性を示した。したが
って、１１５０℃で５００時間以上保持しても異常酸化
を起こさないというマニホルドコンバータ用材料として
要求される目標特性を満足している。特に、ＲＥＭ＋Ｙ
＋Ｍｏ／１０≧０．２２でＣｒ酸化物層／Ａｌ酸化物層
の最大厚み比が０．３以下のＮｏ.３，５〜１１は、１
１５０℃で１０００時間を超える長時間保持した場合で
も、異常酸化が発生しない極めて優れた特性を示した。
これに対し、比較鋼は、表４に示すように何れも５００
時間以内に異常酸化が発生しており、目標特性を満足し
なかった。たとえば、Ｍｏを含んでいないＮｏ.１２〜
１４は、短時間で異常酸化が発生した。Ｍｏ，Ｖ及びＲ
ＥＭを含むもののＲＥＭ＋Ｙ＋Ｍｏ／１０が０．１％未
満であるＮｏ．１５，Ａｌ含有量が少ないＮｏ．１６及
びＹ，ＲＥＭが添加されていないＮｏ．１７は、本発明
鋼と比較して耐高温酸化特性が劣っている。それぞれの
鋼を１１５０℃で２００時間加熱酸化したときに生成し
た酸化皮膜を構造解析し、Ｃｒ系酸化物層／Ａｌ系酸化
物層の最大厚み比を求めた。本発明鋼では、表３に示さ
れているように何れも最大厚み比が１以下で、均一な薄
いＣｒ系酸化物層が形成されていた。比較鋼は、表４に
示すように最大厚み比が１以上になっており、Ｃｒ系酸
化物層に局部的な塊状成長が検出された。また、２００
時間以内に異常酸化が発生したＮｏ．１２，１３及び１
７の鋼箔では、板厚を貫通する酸化が生じていたため、
最大厚み比の測定ができなかった。
【００２４】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明のマニホ
ルドコンバータは、Ｃｒ系酸化物層／Ａｌ系酸化物層の
最大厚み比が１以下となる高Ａｌ，Ｍｏ含有フェライト
系ステンレス鋼を基材とすることにより、１１５０℃で
５００時間以上の加熱に曝されても異常酸化が発生する
ことがない優れた耐高温酸化特性を呈する。そのため、
極めて過酷な酸化条件下でも、長期間にわたって安定し
た性能を呈するコンバータとして使用される。
ルドコンバータは、Ｃｒ系酸化物層／Ａｌ系酸化物層の
最大厚み比が１以下となる高Ａｌ，Ｍｏ含有フェライト
系ステンレス鋼を基材とすることにより、１１５０℃で
５００時間以上の加熱に曝されても異常酸化が発生する
ことがない優れた耐高温酸化特性を呈する。そのため、
極めて過酷な酸化条件下でも、長期間にわたって安定し
た性能を呈するコンバータとして使用される。
【図１】 一部が塊状に成長したＣｒ系酸化物層をもつ
鋼材の表層断面
鋼材の表層断面
【図２】 本発明に従ってＣｒ系酸化物層の塊状成長を
押さえた鋼材の表層断面
押さえた鋼材の表層断面
【図３】 Ｃｒ系酸化物層／Ａｌ系酸化物層の最大厚み
比に与えるＲＥＭ＋Ｙ＋Ｍｏ／１０の影響
比に与えるＲＥＭ＋Ｙ＋Ｍｏ／１０の影響
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 28/04 C22C 38/00 302 C22C 38/22
Claims (4)
- 【請求項１】 Ｃｒ：１５〜２８重量％及びＡｌ：３〜
８重量％を含むフェライト系ステンレス鋼の表面にＣｒ
系酸化物層及びＡｌ系酸化物層が順次形成されており、
Ｃｒ系酸化物層／Ａｌ系酸化物層の最大厚み比が１以下
である高Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼を基材とす
るマニホルドコンバータ。 - 【請求項２】 Ｃ：０．０３重量％以下，Ｓｉ：０．２
５重量％以下，Ｍｎ：０．３重量％以下，Ｐ：０．０４
重量％以下，Ｓ：０．００３重量％以下，Ｎ：０．０３
重量％以下，Ｃｒ：１５〜２８重量％，Ａｌ：３〜８重
量％，Ｍｏ：０．５〜３重量％，希土類元素（ＲＥＭ）
及びＹの１種又は２種以上：合計で０．０１〜０．１５
重量％を含み、ＲＥＭ＋Ｙ＋Ｍｏ／１０＝０．３５〜
０．１を満足するフェライト系ステンレス鋼を基材とす
る請求項１記載のマニホルドコンバータ。 - 【請求項３】 更にＴｉ及び／又はＶを合計で０．０１
〜０．５重量％含む請求項２記載のフェライト系ステン
レス鋼を基材とするマニホルドコンバータ。 - 【請求項４】 ＲＥＭ＋Ｙ＋Ｍｏ／１０＝０．３５〜
０．２２で、Ｃｒ系酸化物層／Ａｌ系酸化物層の最大厚
み比が０．３以下である請求項１〜３の何れかに記載の
高Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼を基材とするマニ
ホルドコンバータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00211894A JP3301845B2 (ja) | 1994-01-13 | 1994-01-13 | 高Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼を基材とするマニホルドコンバータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00211894A JP3301845B2 (ja) | 1994-01-13 | 1994-01-13 | 高Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼を基材とするマニホルドコンバータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07207462A JPH07207462A (ja) | 1995-08-08 |
| JP3301845B2 true JP3301845B2 (ja) | 2002-07-15 |
Family
ID=11520442
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00211894A Expired - Fee Related JP3301845B2 (ja) | 1994-01-13 | 1994-01-13 | 高Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼を基材とするマニホルドコンバータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3301845B2 (ja) |
-
1994
- 1994-01-13 JP JP00211894A patent/JP3301845B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07207462A (ja) | 1995-08-08 |
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Legal Events
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