JPH0452252A

JPH0452252A - 活性アルミナコーティング性に優れたフェライト系ステンレス鋼及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0452252A
Application number: JP16313090A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Uematsu; 植松　美博; Katsuhisa Miyakusu; 宮楠　克久; Naoto Hiramatsu; 直人平松
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1990-06-21
Filing date: 1990-06-21
Publication date: 1992-02-20

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、触媒の担持体等として使用されるアルミナの
コーテイング性に優れたフェライト系ステンレス鋼及び
その製造方法に関する。

〔従来の技術〕

排ガス処理用のコンバーターとしてセラミック基質で作
られた。いわゆるセラミックコンバーターが従来から使
用されてきた。このセラミックコンバーターは、たとえ
ば、ハニカムに形成されたセラミック基質に多孔質の活
性アルミナのコーティングを施し、その上に触媒を塗布
している。このセラミックコンバーターは衝撃に対して
弱く、熱伝導率が低い、そのため、エンジン点火後、コ
ンバーターの触媒反応が有効である温度になるまで比較
的長時間が必要となる等の欠点がある。

そこで、セラミックに代えて、板厚５０μｍ程度の金属
を基質にしたメタリックコンバーターが使用されるよう
になってきた。このメタリックコンバーターは軽量であ
って、しかも優れた耐衝撃性を有する。更に、熱伝導率
が高いため、触媒反応が有効になるまでの時間が短時間
である等の利点がある。

メタリックコンバーターにおいては、金属基質上に多孔
質の活性アルミナを塗布し、その上に触媒を散布してい
る。したがって、基質を構成する金属に対する活性アル
ミナのコーテイング性が問題となる。たとえば、コーテ
イング性の悪い金属を基質として使用すると、活性アル
ミナが金属表面に均一に且つ堅固に塗布されない。その
結果、コンバーターを使用している間に、活性アルミナ
が剥離し、触媒としての機能が低下する。

このコーテイング性を改善するため、Ａｌ含有フェライ
ト系ステンレス鋼の表面にウィスカ状の酸化物を成長さ
せ、凹凸の大きな表面層を形成させる種々の方法がこれ
まで開発されている。

たとえば、特開昭５７−７１８９８号公報では、低酸素
雰囲気中での熱処理によってＡＪ２含有フェライト系ス
テンレス鋼の鋼板表面に薄い酸化フィルムを形成し、次
いで酸化雰囲気中で加熱することにより酸化フィルムか
らウィスカを成長させている。

また、特開昭５６−９６７２６号公報ではビーリングに
よって製造した高Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼の
箔を大気中で酸化させる方法、特開開６２−１４９８６
２号公報ではＡβ含有フェライト系ステンレス鋼にブラ
スト処理を行った後で高温で酸化する方法が提案されて
いる。

［発明が解決しようとする課題］ウィスカを形成するために高ＡＪ２含有フェライト系ス
テンレス鋼を低酸素雰囲気中で予備処理する方法におい
ては、予備処理によって形成される酸化物フィルムが不
酌−なものになりやすい、そのため、この酸化フィルム
から成長させて得られたウィスカも部分的に不均一な形
状になったり、ウィスカの密度が疎になる部分が生じる
ことがある。また、低酸素雰囲気中での処理を必要とす
るために、製造コスト、製造性等の点でも劣るものであ
る。

他方、ピーリング、ブラスト処理等により加工歪みを与
えたＡｌ含有フェライト系ステンレス鋼を使用する場合
、低酸素雰囲気中の処理を必要としない。しかし、メタ
リックコンバーター用としては、極めて薄いステンレス
鋼板が使用される。

このような極薄材料に対してビーリング、ブラスト処理
等を行なうとき、良好な形状の板を得るのが難しくなる
。また、形状特性の良好な板が得られたとしても、加工
歪みが不均一であるため、形成されたウィスカが均一性
に劣り、しかも活性アルミナコーティング性が十分でな
い。

本発明は、このような問題を解消するために案出された
ものであり、使用されるフェライト系ステンレス鋼の成
分及び組成を特定すると共に、光輝焼鈍で鋼板表面を酸
化に対して活性化させることにより、酸化雰囲気中で加
熱したとき非常に微細で且つ凹凸の大きなウィスカ状の
酸化物を均一に形成させ、従来よりも活性アルミナコー
ティング性に優れたメタリックコンバーター用基質を安
価に製造することを目的とする。

Ｅ課題を解決するための手段フ本発明においては、Ｃｒ：１５〜２５％、Ａｌ：３〜８
％、Ｔｉ：０．０３〜０．５％、希土類元素、Ｙ及びア
ルカリ土類元素の１種又は２種以上：０．０１〜０．２
％を基本成分として含有するフェライト系ステンレス鋼
を使用する。

このフェライト系ステンレス鋼は、更に合計量で０．０
５〜１％の■及び／又はＮｂ、及び０゜０００５〜０．
０５％のＢの１種又は２種以上を含むこともできる。

このフェライト系ステンレス鋼の冷間圧延工程で、仕上
げ冷間圧延の前又は後に光輝焼鈍が施される。次いで、
フェライト系ステンレス鋼は、８００’Ｃ〜１０００℃
の酸化性雰囲気中で加熱される。

また、本発明のフェライト系ステンレス鋼は、前述した
基本組成をもち、光輝焼鈍によって形成された酸化皮膜
から成長した非常に微細で且つ大きな凹凸をもつウィス
カ状の酸化物が鋼板表面に形成されている。

〔作　用］金属表面に対する活性アルミナコーティング性は、金属
表面と活性アルミナが接合することによって付与される
ものであるから、金属表面の凹凸の程度及びその均一性
に大きく影響される。

ところで、Ａｊ２含有フェライト系ステンレス鋼は、酸
化によって表面にアルミナ層が形成されている。しかし
、通常の雰囲気下で酸化させるだけでは、活性アルミナ
のコーティングに適した表面層は得られない。

そこで、本発明においては、薄く均一に形成された酸化
フィルムから微細なウィスカを鋼板表面全域にわたって
均一な密度分布で成長させることにより、微細で且つ大
きな凹凸をもった表面層を形成させている。

酸化フィルムは、ステンレス冷延鋼板の製造工程におけ
る最終焼鈍を光輝焼鈍とすることにはって、冷延された
ステンレス鋼板の表面に形成される。或いは、光輝焼鈍
時に酸化フィルムが形成されないまでも、光輝焼鈍され
た鋼板表面は、酸化に対して非常に活性な状態になる。

この光輝焼鈍は、冷延工程の仕上げ圧延の前又は後の何
れであっても良い、このとき、基材としてＴｉが添加さ
れた高Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼を使用すると
、良質の酸化フィルムが光輝焼鈍時或いは後続工程で確
実に形成される。

この光輝焼鈍によって鋼板表面が酸化に対して活性化さ
れる。そこで、焼鈍された鋼板を酸化雰囲気中で加熱す
るとき、非常に微細でかつ凹凸の大きなウィスカ状の酸
化物が鋼板表面に均一に形成される。

第１図は、２０％Ｃｒ、５％／ｌ、０．１％Ｌａ及び０
．１％Ｔｉを含有するフェライト系ステンレス鋼を光輝
焼鈍した後、６０％の冷間圧延を施し、大気中９２５℃
で８時間加熱する酸化処理によって鋼板表面に形成され
た表面酸化物の形態を観察したものである。

また、第２図は、Ｔｉを含有しない外は同様な成分・組
成を持つフェライト系ステンレス鋼に対して同様の工程
で酸化処理を施し、形成された表面酸化物の形態を観察
したものである。

第１図及び第２図の対比から明らかなように、Ｔｉを添
加していないフェライト系ステンレス鋼を使用した場合
、十分なウィスカ状の酸化物が形成されていない（第２
図）。これに対し、Ｔｉを添加しているフェライト系ス
テンレス鋼の場合、凹凸の大きいウィスカ状の酸化物が
鋼板表面に発達しているのが観察される（第１図）。

Ａｌ２含有フェライト系ステンレス鋼を酸化するとき、
活性アルミナ層が鋼板表面に形成される。

ここで、酸素に対して非常に活性なＴｉを添加すると、
表面酸化物中にＴｉが混入し、酸化が促進される。その
結果、第１図で示すように、アルミナを基本成分とする
ウィスカ状の酸化物の形成が促進され、非常に均一で且
つ大きな凹凸を持つ表面酸化物が形成される。また、製
造工程中に最終焼鈍として光輝焼鈍を行ない、鋼の表面
の活性化を図っているので、低酸素雰囲気中での予備酸
化、或いはブラスト処理等の予備処理をする必要がなく
、製造コストの低減が図られる。

次いで、本発明で使用されるフェライト系ステンレス鋼
の成分及び組成について述べる。

このフェライト系ステンレス鋼は、Ｃｒ：１５〜２５％
、Ａｌ：３〜８％、Ｔｉ：０．０３〜０．５％、希土類
元素、Ｙ及びアルカリ土類元素の１種又は２種以上：０
．０１〜０．２％、更に必要に応じて微量のＮｂ、Ｖ、
Ｂを含んだものである。これら合金成分は、次の作用を
もつ。

Ｃｒは、耐熱性に有効な元素である。しかし、多量に添
加すると、４７５℃脆性やａ脆性が生じやすくなり、加
工性が劣化する。そのため、Ｃｒ含有量の上限を、２５
％とした。また、Ｃｒ含有量が少なすぎると耐熱性が劣
化するので、下限を１５％とした。

Ａβは、耐高温酸化性を付与する上で非常に有効な元素
であり、また活性アルミナのコーテイング性を改善する
ために有効である。この／ｌは、著しく大きな凹凸を持
つウィスカ状の表面酸化物を形成させる効果がある。Ａ
Ｉ含有量か３％未満であると、この効果は十分に発揮さ
れず、ウィスカ状の酸化物が形成され難くなる。他方、
８％を超える量のＡｌ２を含有させると、フェライト系
ステンレス鋼の製造性が劣化する。これらの点から、Ａ
ｌ２含有量を３〜８％に定めた。

Ｔｉは、本発明の中で非常に重要な作用を呈する元素で
あるｅ　Ｔ　１は、酸素に対して非常に活性な元素であ
り、表面酸化物中に混入して、酸化を促進する。その結
果、アルミナを基本成分とするウィスカ状の酸化物の形
成が促進され、非常に均一で且つ大きな凹凸を持つ表面
酸化物が形成される。これにより、活性アルミナコーテ
ィング性が向上する。この効果を得るためには、最低０
．０３％以上の添加を必要とする。しかし、過剰に添加
すると、ステンレス鋼の硬度が上昇する。そこで、Ｔｉ
含有量は、最高０．５％までとした。

Ｌａ、Ｃｅ等の希土類元素、Ｙ、Ｃａ等のアルカリ土類
元素は、耐高温酸化性の改善に有効であり、特に極薄材
料として使用されるステンレス鋼の耐高温酸化特性を著
しく改善する。しかし、含有量が０．０１％未満である
と、この効果が発揮されない、逆に、多量に添加すると
、材料の靭性が劣化し、製造性が悪くなる。そのため、
これら元素の添加量を、０．０１−０．２％の範囲に定
めた。

また、任意成分として添加されるＶ、Ｎｂは、粒界への
Ｃｒ炭化物の析出を防止する外、メタリツクコンバータ
ーのように高温で使用されるフェライト系ステンレス鋼
の高温強度を改善する。これら効果を得るためには、最
低０．０５％以上の■及び／又はＮｂを添加する。逆に
、１％を超えて添加すると、加工性が劣化する。そこで
、■。

Ｎｂの含有量は、０．０５〜１％の範囲とした。

Ｂは、結晶粒界強度を高め、熱間加工性を改善するのに
有効である。しかし、Ｂ含有量が０．０００５％未満で
は、そのような効果は現れない。

逆に、０．０５％を超えると、Ｂの化合物が形成され、
かえって熱間加工性が劣化する。そこで、Ｂ含有量を、
０．０００５〜０．０５％の範囲とした。

この成分系をもつフェライト系ステンレス鋼を冷間圧延
工程で仕上げ冷間圧延する前或いは仕上げ冷間圧延した
後で、光輝焼鈍を施す。この光輝焼鈍により、鋼板表面
が酸化に対し活性な状態になり、ウィスカ状の酸化物が
成長し易くなる。

光輝焼鈍は、特に限定されるものではないが、Ｈ２が５
０％以上で残部がＮｚ、Ａｒ等の不活性ガスを使用し、
露点−３０℃以下に維持した不活性雰囲気で行うことが
望ましい。また、最終工程で光輝焼鈍を行なった場合、
軽度の圧延によって鋼板の形状を修正することも出来る
。

このようにして製造した鋼を酸化雰囲気中で加熱し、鋼
板表面にウィスカを形成させる。なお、酸化雰囲気中で
加熱する前に、触媒コンバーター基材の形状に加工する
ことも可能である。

酸化雰囲気中での加熱温度は、８００〜１０００℃の範
囲に設定する。この加熱温度が８００℃未満であると、
拡散及び酸化の進行が遅くなり、所定のウィスカを形成
させるために長時間の加熱が必要となる。逆に、加熱温
度が１０００℃を超えると、小さな凹凸を持つ酸化皮膜
が生成し易くなり、形成された酸化皮膜の比表面積が小
さくなる。

加熱時間は、温度によって異なるが、あまり短いと拡散
及び酸化が不十分で、所望の形状を持ったアルミナが得
られない。そこで、加熱時間を１時間以上とし、酸化反
応を十分に行わせることが望ましい。ただし、本発明で
使用するフェライト系ステンレス鋼は、元来ウィスカ状
の酸化物が形成されやすい材質であるため、長くても１
５時間程度の加熱時間で十分である。

ｒ実施例〕以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。

本実施例では、第１表に示した成分・組成をもつフェラ
イト系ステンレス鋼を使用した。このフェライト系ステ
ンレス鋼は、熱間圧延、焼鈍及び冷間圧延によって板厚
０．０５ｍｍに加工され、この圧延板から切り出したも
のを供試材として使用した。これらの供試材に対して、
以下に掲げるＡ−Ｄ処理を施した。

（以下、このページ余白）Ａ処理は、光輝焼鈍後のフェライト系ステンレス鋼を板
厚０．０５ｍｍまで冷間圧延し、次いで大気中で９２５
℃に８時間加熱して酸化処理を施したものである。

Ｂ処理は、所定の板厚まで冷間圧延したフェライト系ス
テンレス鋼に光輝焼鈍を施した後、大気中で９２５℃に
８時間加熱して酸化処理を施したものである。

Ｃ処理は、板厚０．０５ｍｍまで冷間圧延したフェライ
ト系ステンレス鋼に光輝焼鈍を施した後で、形状修正の
ために５％程度の圧下率で圧延を行い、次いで大気中で
９２５℃に８時間加熱して酸化処理を施したものである
。

Ｄ処理は、Ｃ処理と同様な冷間圧延、光輝焼鈍及び形状
修正圧延が施されたフェライト系ステンレス鋼を触媒基
材の形状に成型した後、大気中で９２５℃に８時間加熱
する酸化処理を施したものである。

なお、何れの処理Ａ−Ｄにおいても、光輝焼鈍は、水素
７５％、窒素２５％を含有する雰囲気の下で、鋼板を材
温９００℃に１分間均熱保持することにより行った。

酸化処理された鋼板の表面を観察し、その結果を第２表
に示した。

第２表において、ウィスカ状の酸化物が形成されたもの
については○、形はウィスカ状であるが凹凸の小さいも
のについては△、ウィスカ状の酸化物が形成されなかっ
たものについては×で表している。

第２表から明らかなように、本発明例では、使用するフ
ェライト系ステンレス鋼の成分・組成を特定することに
より、光輝焼鈍が施されたフェライト系ステンレス鋼に
対して酸化雰囲気で加熱する簡単な酸化処理を施すこと
によって、形状特性の良好なウィスカが得られている。

このウィスカは、微細で且つ大きな凹凸を持っているの
で、比表面積が大きく、多量の活性アルミナを担持する
ことができると共に、良好なコーテイング性を呈し、担
持された活性アルミナが鋼板表面から剥離・脱落するこ
とも抑制された。しかも、前処理としての低酸素雰囲気
中での熱処理、研磨等の機械的処理等を行う必要がない
ため、製造工程も大幅に簡略化された。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明においては、特定された
成分を持つフェライト系ステンレス鋼を光輝焼鈍するこ
とにより、鋼板表面を酸化に対して活性な状態に調質し
ている。そのため、前処理として低酸素雰囲気中での熱
処理、ブラスト処理等の機械的処理を行う必要がなく、
大気等の酸化性雰囲気下で加熱する簡単な方法により、
微細で且つ大きな凹凸をもつウィスカ状の酸化皮膜を鋼
板表面に形成することができる。この酸化皮膜は、活性
アルミナコーティング性に優れ、メタリックコンバータ
ー装置の高性能化に貢献できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はＣｒ２Ｏ％、ＡＪ５％、Ｌａ０．１％及びＴｉ
ｅ、１％を含有するフェライト系ステンレス鋼を大気中
９２５℃で８時間酸化させた後、表面酸化物の形態を走
査型電子顕微鏡で観察した組織写真であり、第２図はＣ
ｒ２Ｏ％、ＡＪ２５％及びＬａ０．１％を含有するフェ
ライト系ステンレス鋼を大気中９２５℃で８時間酸化さ
せた後、表面酸化物の形態を走査型電子顕微鏡で観察し
た結果の写真である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｃｒ：１５〜２５％Ａｌ：３〜８％Ｔｉ：０．０３〜０．５％希土類元素、Ｙ及びアルカリ土類元素の１種又は２種以上：０．０１〜０．２％を含有するフェライト系ステンレス鋼に光輝焼鈍を施し
た後、仕上げ冷間圧延を行い、次いで８００℃〜１００
０℃の酸化性雰囲気中で加熱することを特徴とする活性
アルミナコーティング性に優れたフェライト系ステンレ
ス鋼の製造方法。
（２）Ｃｒ：１５〜２５％Ａｌ：３〜８％Ｔｉ：０．０３〜０．５％希土類元素、Ｙ及びアルカリ土類元素の１種又は２種以上：０．０１〜０．２％を含有するフェライト系ステンレス鋼を仕上げ冷間圧延
した後で、光輝焼鈍を施し、次いで８００℃〜１０００
℃の酸化性雰囲気中で加熱することを特徴とする活性ア
ルミナコーティング性に優れたフェライト系ステンレス
鋼の製造方法。
（３）Ｃｒ：１５〜２５％Ａｌ：３〜８％Ｔｉ：０．０３〜０．５％希土類元素、Ｙ及びアルカリ土類元素の１種又は２種以上：０．０１〜０．２％を含有するフェライト系ステンレス鋼を基材とし、光輝
焼鈍により酸化に対して活性化された表面から成長した
微細で凹凸の大きなウィスカが表面に形成されているこ
とを特徴とする活性アルミナコーティング性に優れたフ
ェライト系ステンレス鋼。
（４）Ｃｒ：１５〜２５％Ａｌ：３〜８％Ｔｉ：０．０３〜０．５％希土類元素、Ｙ及びアルカリ土類元素の１種又は２種以上：０．０１〜０．２％、Ｖ及び／又はＮｂ：合計量で０．０５〜１％を含有する
フェライト系ステンレス鋼を基材とし、光輝焼鈍により
酸化に対して活性化された表面から成長した微細で凹凸
の大きなウィスカが表面に形成されていることを特徴と
する活性アルミナコーティング性に優れたフェライト系
ステンレス鋼。
（５）Ｃｒ：１５〜２５％Ａｌ：３〜８％Ｔｉ：０．０３〜０．５％希土類元素、Ｙ及びアルカリ土類元素の１種又は２種以上：０．０１〜０．２％、Ｂ：０．０００５〜０．０５％を含有するフェライト系ステンレス鋼を基材とし、光輝
焼鈍により酸化に対して活性化された表面から成長した
微細で凹凸の大きなウィスカが表面に形成されているこ
とを特徴とする活性アルミナコーティング性に優れたフ
ェライト系ステンレス鋼。
（６）Ｃｒ：１５〜２５％Ａｌ：３〜８％Ｔｉ：０．０３〜０．５％希土類元素、Ｙ及びアルカリ土類元素の１種又は２種以上：０．０１〜０．２％、Ｂ：０．０００５〜０．０５％、Ｖ及び／又はＮｂ：合計量で０．０５〜１％を含有する
フェライト系ステンレス鋼を基材とし、光輝焼鈍により
酸化に対して活性化された表面から成長した微細で凹凸
の大きなウィスカが表面に形成されていることを特徴と
する活性アルミナコーティング性に優れたフェライト系
ステンレス鋼。