JPH01255648A

JPH01255648A - 耐酸化性、耐高温脆化性に優れたＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金

Info

Publication number: JPH01255648A
Application number: JP8221688A
Authority: JP
Inventors: Kazuhide Ishii; 和秀石井; Tatsuo Kawasaki; 川崎　龍夫
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1988-04-05
Filing date: 1988-04-05
Publication date: 1989-10-12

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、耐酸化性、耐高温脆化性に優れたＦｅ−Ｃｒ
−Ａｌ２系合金に関し、高温酸化性雰囲気下で激しい繰
返し酸化を受ける自動車排ガス浄化用触媒コンバータに
好適である。

［従来の技術１従来、自動車排ガス浄化用触媒コンバータには、コーデ
ィエライト（２Ｍｇ０・２Ａｊ２２０３・５Ｓｉ０２）
の押出焼成ハニカムにγ−アルミナ微粒子を触媒担体と
してコーティングした後、ｐｔなどの触媒をつけたもの
が用いられている。

特開昭５６−９６７２６号公報に示されているように、
このコーディエライト製ハニカムを耐酸化ステンレス箔
を組立てて製作した金属製ハニカムにすると、コンバー
タの小型化、エンジン性能の向上など、種々の利点があ
る。前記引用公報では耐酸化ステンレス箔としてイツト
リウム（Ｙ）を添加したＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ２系合金（Ｃ
ｒ：１５〜２５重量％、Ａｌ２．：３〜６重量％、Ｙ：
０．３〜１．０重量％）を提案しているが、Ｙが希少金
属であるため非常に高価となり、かつ供給量にも不安が
あり、一般に自動車に用いるのは経済性の点で困難であ
った。

これに対し、特開昭５８−１７７４３７号公報ではＣｒ
：８〜２５重量％、Ａｌ２：３〜８重屑％、全希土類元
素が０．０６重量％までで。

０．００２〜０．０５ｆｆｉｉ％のＣｅ、Ｌａ、Ｎｄ等
を添加した合金（以下これをＦ　ｅ　−Ｃ’ｒ　−Ａ　
ｌ２−ＲＥＶ合金と呼ぶ）の使用を提案している。これ
は希土類元素の添加によってスケールの剥離を防いだＦ
ｅ−Ｃｒ−Ａｌ２系合金で、電熱線などには古くから用
いられていたものである。

このようなＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ２−ＲＥＭ系合金では一般
用途では十分な耐酸化性を持っているが。

自動車の排気ガス浄化用触媒コンバータのように発進、
加速、停止のたびに過酷な高温繰返し酸化と激しい振動
を受ける場合、酸化スケールが剥離してしまう。

〔発明が解決しようとする課題］この耐酸化性不足を解決するため、本発明者らは特開昭
６３−４５３５１に述べるＣｅを除くＬａ、Ｎｄ等を添
加したＦｅ−Ｃｒ−ＡＱ系合金を提供した。この合金系
は耐酸化性に優れ自動車排ガス浄化用触媒コンバータに
好適である。しかし、この合金系も前述のＦｅ−Ｃｒ−
Ａβ−ＲＥＭ系合金と同様に特に板厚が薄い場合に高温
長時間使用すると張力が加わったときに箔が破断するま
での伸びる量が著しく低下する（本発明ではこれを高温
脆化と称する）欠点があった。

自動車排ガス浄化用触媒コンバータ用の金属製ハニカム
には各種の形式があり、構造によっては使用時の熱膨張
、収縮量が大きく、材料に大きな張力が加わり長時間高
温使用で脆化した合金がその張力に耐えられず破断が生
じるものがある。

触媒コンバータは５０μｍ程度の厚さの箔の上に触媒を
コーティングした構造であるから、破断が生ずるとその
近傍の触媒が剥離し、排ガス浄化能力が低下する。

本発明は特に５０μｍ程度の板厚での高温長時間使用後
の脆化を防ぎ、耐酸化性を同時に満たす成分バランスを
有する材料を提供するものである。

［課題を解決するための手段］本発明は上記問題解決のために開発された耐酸化性、耐
高温脆化性に優れたＦｅ−Ｃｒ−Ａβ系合金であって、Ｃ：０．０７重量％以下Ｓｉ：１．０重量％以下Ｃｒ：１３虫量％以上２７重量％以下八２・３．５重１％以上８重量％以下Ｃｅを除くランタノイド：　０．０５重機％以上０．２
０重量％以下Ｔｉ：０．０１重啜％以上０．１０重量％以下Ｎ　ｂ　：　Ｏ，Ｏ１重里％以上０、１０重量％以下を含み、残分がＦｅと不可避不純物よりなることを特徴
とするものである。

［作用１本発明合金は各成分の含有量によって、耐酸化性および
耐高温脆化性が極めて高くなる作用を有し、特に耐酸化
性向上はＣｅを積極的に除外したランタノイドを利用し
、耐高温脱化性向上はＴｉとＮｂの複合添加を利用した
ものである。以下各成分の限定理由を述べる。

■　ＴｉとＮｂこの成分は炭化物、窒化物を形成し１合金中に微細に分
散すること、高温使用によって生じた酸化皮膜中に混入
することにより、高温長時間使用による脆化が生じるの
を防ぐ。

特開昭５８−１７７４３７号ではここで、（：＜０−０５０％Ｎ＜０．０５０％のＮｂを、特開昭６３−４５３５１では「Ｃ市川％の５
倍以上０．１０重量％以下」のＴｉを添加しているが１
本発明者らの研究によると、Ｎｂ。

Ｔｉはそれぞれ単独で合金に添加しても、箔の耐高温脆
化性は改善されず、０．０１重量％以上のＴｉとＮｂの
両者を複合して初めて効果あることが明らかになった。

ただし、ＴｉとＮｂはそれぞれｏ、ｔｏｉ量％を越えて
添加すると耐酸化性を低下させるので、ＴｉとＮｂはそ
れぞれ０．０１重量％以上０．１０重量％以下とする。

■　Ｃｅを除いたランタノイド：ランタノイドはＬａ、Ｃｅ、Ｎｄその地厚子番号５１か
ら７１までの１５ｍの金属元素である。Ｃｅを除＜Ｌａ
、Ｎｄ等のランタノイドは耐酸化性および酸化スケール
の耐剥離性向上に対し顕著な効果がある。ただし、含有
量が０．０５重量％未満では厚さ２５〜８０μｍ程度の
箔での耐酸化性を確保することはできず、０．２０重量
％を越えると熱間圧延が不可能になるので、０．０５重
量％以上０．２０重量％以下とした。Ｃｅは熱間加工性
、耐酸化性を恋化させるので除外される。

■　Ｃｒ：１３重量％未満では耐酸化性が確保できず、２７重重篤
を超えると靭性が低下し、冷間加工が困難となるので１
３〜２７重量％とした。

■　Ａｌ１：３．５重量％未満では耐酸化性を確保することができず
、８重量％を超えると熱間圧延が困難となるので３．５
〜８重量％とした。

■　Ｓｉ：１．０重量％を超えると加工性を低下させるので１．０
重量％以下とした。

■　Ｃ二過剰になると靭性を低下させ、冷間圧延性、加工性を悪
化させるので０．０７重量％以下にする必要がある。

次に本発明に係る合金の厚さについて述べる。

高温長時間使用によって伸び性が低下するのは板厚が特
に薄くなった場合に顕著に起こる現象であり、板厚が８
０μｍより大きければ低下の程度も小さく伸び性の低下
は問題とならない。

また、板厚が２５μｍ未満では本合金によっても十分な
耐酸化性を確保することができない。本発明の合金は板
厚が２５μｍ以上８０μｍ以下の箔に適用したときに好
適な性能を発揮するものである。

次に、高温脆化について説明する。高温脆化は高温酸化
によって生じる表面の酸化皮膜が原因の一つである。本
合金系は自動車排ガス浄化用触媒コンバータが用いられ
る９００〜１０００℃の高温酸化性環境下では表面に厚
さ数μｍのＡｌ２２０３酸化皮膜が生じる。この酸化皮
膜は場所によって、合金の中に深さ数μｍ程度の楔状に
発達してしまい、張力が加わった場合、この楔状酸化皮
膜部分が欠陥となって材料が破断してしまう。板厚が厚
い場合はこの欠陥部分の影響が比較的に少なくなり、高
温脆化は実質的に生じない。

Ｆｅ−Ｃｒ−ＡＱ−ＲＥＭ系合金にＴｉ、Ｎｂを複合添
加した本発明ではこの楔状酸化皮膜欠陥が発生せず、脆
化が生じない。

一般にＦｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｃｒ−，
６ｊ２合金にＮｂ、Ｔｉを添加すると高温使用時の結晶
粒粗大化が押えられ脆化が防がれることは良く知られて
いるが、前述のように本合金箔に対するＴｉ、Ｎｂ？Ｉ
合添加効果はこれと異なる機構によって生ずる。単に結
晶粒粗大化防止の効果だけを見れば、同一添加量ではＮ
ｂ単独添加の方がＮｂ、Ｔｉ複合添加、Ｔｉ単独添加よ
り優れている。本発明は結晶粒粗大化抑制ではなく、楔
状酸化皮膜欠陥発生防止により耐高温脆化性を向上させ
る作用を有するのである。

〔実施例１第１表に本発明の実施例の合金の化学成分を示し、第２
表に比較例の合金の化学成分を示す。

実施例および比較例はそれぞれ１０ｋｇインゴットに溶
装造塊した後、１２００℃で板厚３ｍｍまで熱間圧延し
た。この段階でＣｅａ度が０．０７重量％のＢ−１，Ａ
Ｉ２濃度が８．１重量％のＢ−２、Ｌａ４度が０．２２
重量％のＢ−３は熱間圧延時に鋼塊が割れたので、その
後の試験は行っていない。

比較例のうち上記Ｂ−１，２，３を除く比較例および実
施例は、次に９００℃で焼鈍した後シャルビー試験を行
い靭性を調べた。Ｃが０．０８２重量％と高いＢ−６で
は脆性・靭性の遷移温度が２００℃と高く冷間圧延が困
難であった。同様にＳｉが１．８重量％のＢ−４とＣｒ
が２８．４重量％のＢ−５も遷移温度が１５０℃を超え
冷間圧延が困難であり、これらはその後の試験は行って
いな（、Ｓ。

実施例Ａ１〜４と比較例Ｂ−７〜１２は脆性、延性遷移
温度は１００℃以下の良好な靭性があり、その後、脱ス
ケール、冷間圧延、焼鈍を繰返し板厚５０ｕｍの箔にし
た。

５０μｍ１幅２０ｍｍ、長さ３０ｍｍの試験片を採取し
て、１１５０℃大気中雰囲気で酸化試験を行った。

実施例Ａ−１，３，４，比較例Ｂ−７，８，９は２４０
時間後も酸化増量が１．０ｍｇ／ｃｒｎ″程度で良好な
耐酸化性を示した。

実施例Ａ−３も１２０時間までは酸化増量１．０ｍ　ｇ
　／　ｃ　ｒｎ”で１４４時間で１．５ｍｇ／ｃｍ”を
超えた。これに対してＡｌ２が３．４重量％と少ないＢ
−７、Ｃｒが１２．５重量％と少ないＢ−８、Ｔｉが０
．１６重量％と多いＢ−１２、Ｎｂが０．１２％と多い
Ｂ−１３と希土類がＣｅであるＢ−１４は９６時間まで
に酸化増量が１．５ｍｇ／ｃｒｎ’を超え、１２０時間
までには箔全体が酸化物となり原形を留めていない。

この内、実施例Ａ−１〜４、比較例Ｂ−９〜１４の板厚
０．５　ｍ　ｍと５０ｕｍの試料を９００°Ｃで１分間
焼鈍した後、板厚０．５　ｍ　ｍの試料はＪＩＳ１３号
Ｂ　（ＪＩＳ　　Ｚ　　２２０１）の引張試験片を１０
本採取し、板厚５０μｍの試料は幅１５ｍｍ、長さ１５
０ｍｍの引張試験片を１０本採取した。これらの引張試
験Ｑ内容５本はそのまま引張試験を行い伸びを測定した
。残りの５本は大気雰囲気中で９２５℃Ｘ９６ｈｒの熱
処理した後、引張試験を行った。

その結果を第３表に示す。実施例、比較例とも板厚０．
５　ｍ　ｍの試験片では熱処理後も熱処理前とほぼ同様
の伸びを示し脆化していない。

板厚５０μｍの試験片ではＴｉ、Ｎｂを添加していない
Ｂ−９、Ｎｂを添加していないＢ−１０、Ｔｉの添加量
がＯ，ＯＯ５％と少ないＢ−１１は熱処理後の伸びが３
〜５％と完全に脆化している。これに対して、Ｔｉ、Ｎ
ｂを適量複合添加した実施例Ａ−１〜４．Ｂ−１２〜１
４は熱処理後も１２％以上の伸びがあり、脆化していな
い。

以上の結果を総合して第１表、第２表中に合わせて評価
したが１本発明の範囲にある第１表のＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ
１合金は製造性および特性の両方において優れているこ
とは明白である。

なお、第１表、第２表中における評価の区分は以下の基
準による。

熱間圧延性： ○：１２００°Ｃ加熱後、熱間圧延可能であったもの。

Ｘ：１２００°Ｃ加熱後、熱間圧延不可能であったもの
。

靭　性： ○：熱延焼鈍扱での脆性−延性遷移温度が１５０℃未満
のもの。

×：熱延焼鈍板での脆性−延性遷移温度が１５０℃以上
のもの。

耐酸化性： ○：！５０ｕｍ厚の箔で１１５０°ＣＸ１２０時間大気
中加熱後の重量増加が１．５ｍｇ／ｃｒｎ″未満。

ｘ　：　５０ｇｍ厚の箔で１１５０℃×１２０時間大気
中加熱後の重量増加が１．５ｍｇ／ｃｒｎ”以上。

耐高温脆化性： ○：５０μｍ厚の箔で９２５℃×９６時間大気中加熱後
の引張試験結果の伸びが１０％以上。

×：５０μｍ厚の箔で９２５℃×９６時間大気中加熱後
の引張試験結果の伸びが１０％未満。

［発明の効果１本発明によれば、板厚２５μｍ〜８０μｍのＴｉ、Ｎｂ
を複合添加した耐酸化性、耐高温脆化性に優れたＦｅ−
Ｃｒ−Ａｌ１系合金箔が提供され、高温酸化性雰囲気下
で激しい繰返し酸化を受ける自動車排ガス浄化用触媒コ
ンバータに好適である。

また、＠述の特開昭５６−９６７２６号公報では特殊な
熱処理で表面に長さ数μｍのＡｌ２２０３ウイスカーを
生成した上に、触媒のコーティングを行っている６本発
明鋼もこれと同一の熱処理を行った場合、良好なＡｆ１
２０３ウィスカーが生成するので、この製造方法による
触媒コンバータにも好適である。

Claims

【特許請求の範囲】１　Ｃ：０．０７重量％以下Ｓｉ：１．０重量％以下Ｃｒ：１３重量％以上２７重量％以下Ａｌ：３．５重量％以上８重量％以下Ｃｅを除くランタノイド：０．０５重量％以上０．２０重量％以下Ｔｉ：０．０１重量％以上０．１０重量％以下Ｎｂ：０．０１重量％以上０．１０重量％以下を含み、残分がＦｅと不可避不純物よりなることを特徴
とする耐酸化性、耐高温脆化性に優れたＦｅ−Ｃｒ−Ａ
ｌ系合金。