JPH02179851A

JPH02179851A - モノリス用耐熱鋼

Info

Publication number: JPH02179851A
Application number: JP33191588A
Authority: JP
Inventors: Eikichi Kawai; 河合　栄吉
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 1988-12-29
Filing date: 1988-12-29
Publication date: 1990-07-12

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］本発明は排気ガス浄化装置として用いられるモノリス型
触媒装置のハニカム構造体を構成するモノリス用耐熱鋼
に関する。

［従来の技術］自動車の排出ガス規制の強化に伴い、自動車には排出ガ
ス浄化装置が取り付けられるようになった。排出ガス浄
化の方式には、サーマルリアクタ方式、希薄燃焼方式、
エンジンモデイフィケーション方式および触媒方式など
があるが、過半数が触媒方式を採用している。

自動車用触媒としては、Ｐｔ、Ｐｄ系触媒が用いられて
おり、触媒の形状としては粒状とモノリスに大別される
。モノリス触媒は搭載性、暖気性に優れている反面、経
済性、耐衝撃性において粒状触媒に劣ると言われている
。

モノリス触媒にはセラミックス製のものと金属製のもの
がある。セラミックス製のものはセラミックスをハニカ
ム状に焼成したものを担体とし、これを金属筒に収めた
ものを基体とし、担体にｐｔ等の触媒金属を担持させた
γ−Ａ　Ｉ　２０３粉を付着させたものである。しかし
、このセラミックス製モノリスは機械的な衝撃に弱く、
排気抵抗が大きい等の欠点があるので、近時は金属製モ
ノリスが注目されている。

金属製モノリス触媒コンバータは、Ｆ　ｅ　−Ｃｒ　−
Ａ１系＠熱材（２０Ｃｒ−６ＡＩ）を数十ミクロンの厚
さの箔に圧延し、この箔を波板状に加工したものと平板
とを交互に積層するか、ロール状に巻くなどして、ハニ
カム構造体としこれを金属筒に収めたものを基体とし、
高温酸化によってＡ１□０３皮膜を生ぜしめたものに、
ｐｔ等の触媒金属を担持させたγ−ＡＩ２０３をコーテ
ィングにより付着させるものである。

［発明が解決しようとする課ｆｆｌ］従来、この金属製モノリスに使用されるＦｅ−Ｃｒ−Ａ
ｌ系電熱材（２０Ｃｒ−６Ａｌ）は、未だ高温耐食性が
充分でない、すなわち、触媒コンバータは１０００℃前
後の排気ガスにより加熱と冷却が繰り返されるので、箔
全体が酸化されハニカム構造体がセル方向に５〜１０％
膨れてハニカム構造体が金属筒から前後にはみ出す、そ
のため、ハニカム構造体が変形し、触媒金属を担持した
コーティングが剥離し、触媒コンバータの寿命が短くな
る。

また、耐ガス腐食性（９５０”Ｃ排気ガス中）、耐冷熱
耐久性（１０００℃と常温の加熱冷却の繰り返し）、耐
酸化性（１１００’Ｃ）も充分でなく、耐ガス腐食性で
は３０時間で、耐冷熱耐久性はＳ。

０回で、耐酸化性は１５０時間でそれぞれ異常酸化によ
り、ハニカム構造体を構成する箔の表面にこぶ状の酸化
スケールを生じ、コーティングの剥離と通気性の阻害を
起こすという不都合がある。

本発明は従来のモノリス用耐熱鋼の前記のごとき問題点
に鑑みてなされたもので、耐ふくれ性（１ｉｏｏ℃、６
００時間）が１％以下、耐ガス腐食性が１０００時間以
上、耐冷熱耐久性が３０００回以上、耐酸化性が６００
時間以上の要求特性を満足するモノリス用耐熱鋼を提供
することを目的とする。

［課題を解決するための手段〕前記の課題を解決するため、モノリス用耐熱鋼の耐ふく
れ性に及ぼす各種元素の影響について、鋭意研究が重ね
られた。その結果、希土類元素特にＬａとＣｅを複合添
加すると、耐ふくれ性が著しく改善されることが見出だ
された。また、耐ガス耐食性はＣ「添加量の増加と希土
類の添加により改善されること、および耐酸化性につい
てはＣｒとＡ１添加量の増加と希土類の添加およびＴｉ
の低減により改善されるとの知見を得た。さらに、耐冷
熱耐久性は希土類特にＣｅの添加により向上することが
見出だされた０本発明はこれらの新たな知見に基づき完
成されたものである。

本発明のモノリス用耐熱鋼は第１発明鋼として、重量比
でＣ；０．３％以下、Ｓｉ：１．５％以下、Ｍｎ；１．
５％以下、Ｃｒ；１９．０〜２５．０％、Ａｌ；５゜０
〜８．０％、Ｃｅ；０．０１〜０．５０％、Ｌａ；０　
。

０１〜０．５０％、Ｌａ＋Ｃｅ・０．０２〜０．８０％
、Ｔｉ；０．０４％以下を含有し、残部Ｆｅとその不純
物元素からなることを要旨とする。また、第２発明鋼は
第１発明鋼の冷間加工性を改善するため、さらにＣｏ；
０．０５〜２．０　％、Ｎｉ；０．１０〜２゜０％、Ｖ
、０．０５〜０．２０％を含有し、残部Ｆｅとその不純
物元素からなることを要旨とする。

［作用〕本発明のモノリス用耐熱鋼は、ＣｅおよびＬａを複合添
加することにより、耐ふくれ性が著しく改善され、１１
００℃で６００時間のふくれが１％以下になる。また、
Ｃｒ含有量を高め、ＣｅおよびＬａの希土類元素を添加
したことにより、耐ガス腐食性が改善され、９５０”Ｃ
の排ガス中１０００時間以上になるまで異常酸化が起こ
らない。

また、ＡＩおよびＣｒの含有量を増加したことにより、
充分な耐酸化性を与える厚さのＡ１□Ｏ１が生成する。

さらに、添加されたＣｅおよびＬａはＡｌ２Ｏ、皮膜を
安定化する。そのため、１１００”Ｃで６００時間以上
保持しても異常酸化が起こらない。

耐冷熱耐久性は希土類特にＣｅの添加より、著しく改善
され、１０００’Ｃと常温の加熱冷却の繰り返し数が３
０００回以上になるまで、異常酸化による膨れが生じな
い。

次に本発明の化学成分の組成範囲の限定理由について説
明する。

Ｃ：０．３％以下Ｃは鋼中に不可避的に含有される元素であり、高すぎる
と組織がマルテンサイト化してしまう。

また、含有されるＣ「と炭化物が形成されると、耐食性
を低下させるので、低ければ低いほど良く、その上限を
０．３％とした。

Ｓｉ；１．５％以下Ｓｉは一般的に耐酸化性を向上させる効果を有し、フェ
ライトを安定化させる。しかし、１．５％を超えて含有
されると靭性を低下し冷間加工性を阻害するので、その
上限を１．５％とした。

Ｍｎ；１．５％以下Ｍｎは製鋼時の脱酸剤として添加されＳを固定するが、
１．５％を超えて含有されると、靭性を低下するので、
上限を１．５％とした。

Ｃｏｃｏ　、０５〜２．０％Ｃｏを添加すると再結晶を防止し、結晶粒が微細化し冷
間加工性が向上する。前記効果を得るためには０．０５
％以上の添加が必要である。しかし、２．０％を超えて
添加されても、その効果が飽和するとともに、高価とな
るので上限を２．０％とした。

Ｎｉ；０．１０〜２，０％Ｎｉを添加すると再結晶を防止し、結晶粒が微細化し冷
間加工性が向上する。前記効果を得るためには０．１％
以上の添加が必要である。しかし、２．０％を超えて添
加されても、その効果が飽和するとともに、高価となる
ので上限を２．０％とした。

Ｃｒ；１９．０〜２５．０％Ｃｒは鋼に耐酸化性と耐ガス腐食性を付与する元素であ
り、１９．０％以上含有されないと、充分な耐ガス腐食
性が得られない。しかし、２５％を超えて含有されると
、冷間加工性を阻害しσ相が析出するので、上限を２５
％とした。

Ａ１・５．０〜８．０％Ａ１は鋼の表面にＡ　Ｉ２０　ｚ皮１摸を形成させるに
最も重要な元素である。　Ａ　Ｉ２０　ｙ皮膜を形成さ
せ充分な耐酸化性を得るためには５．０％以上の添加が
必要である。しかし、８．０％を超えて含有されると、
熱間圧延性が困難となるので、上限を８゜０％とした。

Ｖ；０．００５〜０．２％ ■は結晶粒を微細化し冷間加工性を向上するので０．０
０５％以上が添加される。しかし、０．２％を超えて添
加されると、熱間で割れ易いので、上限を０．２％とし
た。

Ｃｅ・０．０１〜０．５％Ｃｅは耐ふくれ性を改善する元素であり、この効果を得
るためには少なくとも０．０１％以上添加する必要があ
る。しかし、０．５％を超えて添加されると、熱間加工
性が劣化するので、上限を０．５％とした。

Ｌａ；０．０１〜０．５％Ｌａは耐酸化性を向上させる元素であり、この効果を得
るためには少なくとも０．０１％以上添加する必要があ
る。しかし、０．５％を超えて添加すると熱間加工が不
可能となるので、上限を０１５％とした。

Ｌａ＋Ｃｅ；０．０３〜０．８％ＬａとＣｅを複合添加するとＡ　Ｉ２０３保護皮膜が安
定化されるが、この効果を得るためには少なくとも合計
で０．０３％以上添加する必要がある。

しかし、その合計添加量が０．８％を超えて添加される
と、熱間圧延で割れが生ずるので、その上限を合計で０
．８％とした。

Ｔｉ；０．０４％以下Ｔ；はＡ１２０ｉ保護皮膜を不安定化し耐酸化性を劣化
するので、出来るだけ少ないほうが望ましく、その上限
を０．０４％以下とした。

［実施例］次に本発明の実施例を従来例および比較例と共に説明し
、本発明の効果を明らかにする。

第１表はこれら供試鋼の化学成分を示す、第１表におい
て、Ａ〜Ｈ鋼は本発明鋼であり、Ａ〜Ｄ鋼は第１発明、
Ｅ−Ｈ鋼は第２発明である。工〜Ｍ鋼は比較鋼であり、
ＩＷ４はＣｅおよびＬａを含有せず、Ｊ鋼はＣｅおよび
Ｌａの含有量が高く、Ｋ鋼はＴｉの含有量が高く、Ｌ鋼
はＡ１の含有量が低く、Ｍ鋼はＣ「含有量が低いもので
ある。また、Ｎ鋼は従来鋼である。

（以　　下　　余　　白　　）第１表に示した供試鋼を５０μ鋼の箔に加工した後、耐
ふくれ性、耐ガス腐食性、耐冷熱耐久性、耐酸化性につ
いて試験した。

耐ふくれ性は箔をハニカム構造体に形成した後、１１０
０℃の排ガスを６００時間通過させて、セル方向の伸び
を測定した。

耐ガス腐食性については、９５０℃の排ガス中に保持し
、異常酸化が発生する時間を測定した。

耐冷熱耐久性については、１０００℃と常温との間の加
熱冷却を繰り返し、異常酸化の発生する回数を測定した
。

耐酸化性については、１１００℃酸化性雰囲気中に保持
し、異常酸化の発生する時間を測定した。

得られた結果は第２表に示した。

（以下余白）第２表から明らかなように、ＣｅおよびＬａを含有しな
い比較［１ｍは耐ふくれ性が１３％になったほか耐ガス
腐食性等の特性についても極端に劣り、比較鋼に鋼はＴ
ｉ含有量が多いため耐酸化性に劣るほか他の特性につい
ても劣り、比較鋼り鋼はＡ１含有量が低いので耐ふくれ
性では優れているものの耐ガス腐食性および耐酸化性に
劣り、比較鋼Ｍ鋼はＣ「含有量が低いので同様に耐ガス
腐食性および耐酸化性に劣る。なお、比較鋼Ｊ鋼はＣｅ
およびＬａ含有量が高過ぎて冷間加工の段階で割れを生
じ箔に加工することが不可能であった。

また、従来鋼は耐ふくれ性が１３％と高く、他の耐熱特
性においても劣る。

これに対して本発明鋼であるＡ〜Ｈ鋼は耐ふくれ性がい
ずれも１％以下に抑えられたほか、耐ガス腐食性は１１
００〜１５５０時間、耐冷熱耐久性は３０００〜５２０
０回、耐酸化性は６００〜１０００時間といずれの特性
についても優れた結果が得られ、本発明の効果が確認さ
れた。

［発明の効果］本発明のモノリス用耐熱鋼は以上説明したように、耐ふ
くれ性を改善するためＣｅおよびＬａを添加し、ＡＩお
よびＣ「の添加量を増加することにより耐ガス腐食性と
耐酸化性を向上させ、Ｃｅの添加により耐冷熱耐久性を
改善したものであって、モノリス用耐熱鋼としての要求
特性で゛ある耐ふくれ性（１１００℃、６００時間）が
１％以下、耐ガス腐食性が１０００時間以上、耐冷熱耐
久性が３０００回以上、耐酸化性が６００時間以上を充
分に満足するものである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量比でＣ；０．３％以下、Ｓｉ；１．５％以下
、Ｍｎ；１．５％以下、Ｃｒ；１９．０〜２５．０％、
Ａｌ；５．０〜８．０％、Ｃｅ；０．０１〜０．５０％
、Ｌｉ；０．０１〜０．５０％、Ｌａ＋Ｃｅ；０．０２
〜０．８０％、Ｔｉ；０．０４％以下を含有し、残部Ｆ
ｅとその不純物元素からなることを特徴とするモノリス
用耐熱鋼。
（２）重量比でＣ；０．３％以下、Ｓｉ；１．５％以下
、Ｍｎ；１．５％以下、Ｃｒ；１９．０〜２５．０％、
Ａｌ；５．０〜８．０％、Ｃｅ；０．０１〜０．５０％
、Ｌａ；０．０１〜０．５０％、Ｌａ＋Ｃｅ；０．０２
〜０．８０％、Ｔｉ；０．０４％以下を含有し、さらに
Ｃｏ；０．０５〜２．０％、Ｎｉ；０．１０〜２．０％
、Ｖ；０．０５〜０．２０％を含有し、残部Ｆｅとその
不純物元素からなることを特徴とするモノリス用耐熱鋼
。