JPH0660380B2

JPH0660380B2 - 耐食性の優れたエンジン排ガス系材料用アルミめっき鋼板

Info

Publication number: JPH0660380B2
Application number: JP2077517A
Authority: JP
Inventors: 征順樋口; 健一麻川; 隆之大森; 稔冨田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-03-27
Filing date: 1990-03-27
Publication date: 1994-08-10
Anticipated expiration: 2009-08-10
Also published as: JPH03277761A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、自動車などの排ガス用マフラーや排気管内で
生成する湿潤ガス、排ガス凝縮液中の耐食性、および塩
害環境で優れた性能を有するアルミめっき鋼板に関する
ものである。

（従来の技術）従来、自動車の場合、エンジンで発生した排ガスは、エ
キゾーストマニホールド、コンバーターなどを通過後、
センターパイプ、マフラー、テールパイプを経て排気系
から排出される。エンジン始動時は、マフラーなどの排
気系材料の温度が低いために排ガス中の水分が凝縮した
凝縮液が内壁面に付着し、また底部に滞留する。

この様に生成した凝縮液にはCO_３ ^2-、NH_４ ^＋、SO_４ ^2-、
NO_３ ⁻、その他、Cl⁻や微量の有機物が含まれ、排気系
材料の内面耐食性に影響する。さらに排気系材料の温度
が上昇するに従って、水分が蒸発しやすくなる。この
際、凝縮液に含まれる主成分は濃化すると共にアンモニ
アなどの揮発しやすい成分が飛ぶために、凝縮液の液性
はアルカリ性から酸性へ変化していく。

また走行モードによっては長時間、凝縮液の溜った耐食
性に影響の大きな環境も発生する。

一方、融雪塩などを散布する塩害環境では、Cl⁻などを
含む塩泥が排気系外面に付着し、意匠性、耐食性に影響
する。

このような環境に適合した排気系材料として、従来から
比較的に耐食性にの良好な普通鋼のアルミめっき鋼板や
Cr含有鋼板などが用いられてきた。

（発明が解決しようとする課題）しかし、近年の排ガス規制強化、高性能化に伴い、排気
系環境条件も多様になってきた。また外面の意匠性重視
（赤錆発生防止）や耐久性の向上などの社会的必要性も
高まっている。

このような背景に対し、従来の普通鋼の溶融アルミめっ
き鋼板では、端部や厳しい加工を受けた部位で素地が露
出したり、めっき層の損傷が起こり、また鋼の耐食性が
十分でないために、排気系内外面環境において赤錆が発
生しやすく、長時間の使用に耐えられない問題点があ
る。鋼については、従来の5 ％から10％Cr含有鋼板（例
えば特開昭63−143240号公報、特開昭63−143241号公
報）が提案されているが、変化しつつある内面環境や、
塩害地などの外面環境での要求される耐久性に対しては
必ずしも十分でない状況となっている。またCr含有量の
高い場合、局部腐食的になることが明かとなっており、
長時間使用時の局部耐食性に問題がある。

以上のように、これまでの排気系材料は、材料の孔明き
まで含めた寿命において十分な耐久性を得ることはでき
ず、比較的短期間で使用寿命に至るのが現状であり、自
動車の安全性、意匠性、長寿命化の観点から、より優れ
た耐食性材料が望まれている。

（課題を解決するための手段）本発明は、上記のような問題を解決した耐食性に優れた
エンジン排ガス用アルミめっき鋼板を提供するものであ
って、その要旨は、Cr：10〜18.5％、Mo：1.0 〜3.0 ％
の複合添加を基本に、Nb：0.05〜1.0 ％、Ti：0.05〜1.
0 ％の１種または２種含有し、残部が実質的にFeと不可
避的不純物からなる鋼に溶融アルミめっきを施した耐食
性に優れたエンジン排ガス系材料用アルミめっき鋼板で
ある。

これにさらなる耐食性を付与するため、鋼成分としてN
i：0.1 〜1.0 ％、Cu：0.03〜1.0 ％、Ｗ：0.05〜0.5
％、Ｖ：0.05〜0.5 ％、Zr：0.05〜1.0 ％をそれぞれ１
種または２種以上を含有したエンジン排ガス系材料用溶
融アルミめっき鋼板である。

さらに本発明は鋼の局部腐食の発生点となり得るMnS 系
介在物の生成を抑制し、耐食性を改善するためにCa、Ce
をそれぞれ0.001 ％以上0.03％以下で１種または２種含
有せしめたエンジン排ガス系材料用溶融アルミめっき鋼
板である。

以下、本発明について詳細に説明する。

まず、転炉、電気炉などで溶製された鋼片を熱間圧延、
酸洗、冷間圧延あるいは鋳造、酸洗、冷間圧延などの工
程を経てめっき原板を製造する。さらにアルミまたはア
ルミ合金めっき浴にて溶融めっきを行う。このようにし
て製造された上記の鋼成分のアルミめっき鋼板を使用す
る。

この中で鋼成分については、Ｃは、ステンレス鋼の耐食性に有害であるが、強度の観
点からは、ある程度の含有量は必要である。0.05％を越
えると耐食性は大幅に劣化するために0.05％以下とし
た。

Siは、鋼中に0.6 ％を越えて含有すると、めっき原板表
面に生成したSi系酸化物あるいはFe−Si系酸化物によっ
てアルミめっき浴との反応性を大幅に阻害し、微小不め
っきが多く発生する。この結果、アルミめっきされてい
ない部分が発生し、耐食性、耐熱性などの性能が低下す
る。従って、鋼中Si量は少ないほどよく、本発明におい
ては、Siは0.6 ％以下に、好ましくは0.1 ％以下に抑え
る必要がある。

Crは、本発明の基本成分である。排気系内外面環境など
の高い耐食性を要求される環境では、Moさらに必要に応
じてNi、Cuなどと共存の形で10％以上の添加が必要であ
る。多いほど鋼の耐食性は向上するが、18.5％を越えて
もその耐食性は飽和する。また溶融めっき時にめっき層
や合金層に鋼からCrが拡散する。この際、鋼中Cr量が10
％以上ではめっき層や合金層の耐食性が大きく向上する
効果が得られ、鋼板全体の寿命に寄与する。

Mnは、排気系内外面環境での耐食性に特別に影響を及ぼ
さないが通常の成分含有量範囲として0.05％以上1.5 ％
以下と規定した。

Moは、Crさらに必要に応じて、Ni、Cuなどと共存の形で
添加し、排気系内外面環境での鋼の局部腐食発生、進展
を抑制するために、またアルミめっき浴との親和性を高
め、めっき欠陥部の発生を抑制し、めっきの耐食性など
の諸性能を有効に発揮させると共に、溶融めっき時に生
成する合金層の耐食性を向上させるのに効果がある。さ
らには溶融めっき時にめっき層に微量含まれるが、この
Moが腐食生成物の中に凝縮され、めっき層の耐食性を向
上させる効果があり、必須の元素である。1.0 ％以上3.
0 ％以下の添加でCrおよびその他の特許請求範囲記載の
各成分（以下その他元素という）との共存で極めて効果
的となる。

しかし、1.0 ％未満では、溶融めっき時にめっき欠陥部
の発生を十分に抑制できず、その部分を中心とする腐食
が起こりやすく耐食性に大きな影響を及ぼす。また溶融
めっき時に鋼からの拡散によって含有される合金層中の
Mo量が少なくなり合金層の耐食性が十分でない。さらに
めっき層の腐食の際、生成する腐食生成物の耐食性が十
分でなく、鋼板全体の寿命に大きな影響がある。また0.
3 ％を越えても耐食性の改善にはそれほど寄与しない
し、高価となる。

鋼中に可溶なAl量が0.005 ％未満では鋼板に表面欠陥を
生じやすい。また、0.1 ％を越えると耐食性、加工性を
劣化させる。またアルミめっき性を低下させ、不めっき
原因となる。従ってAl量としては0.005 〜0.10％鋼中に
残存させる必要がある。

上記の成分組成以外として、Ｐ、Ｓの含有は、加工性、
耐食性を低下させるのでできるだけ少ないことが好まし
く、Ｐは0.03％以下、Ｓは0.02％であれば本発明上、何
ら支障はない。

さらに本発明のアルミめっき鋼板の耐食性などの諸性能
を改善するためにNb、Ti、Niなどを選択的に含有させ
る。

NbはＣまたはＮを固定し、ステンレス鋼の耐食性の劣化
を防ぐために添加する。耐食性を向上させるために0.05
％から1.0 ％の範囲で添加する。1.0 ％を越えると加工
性を劣化させる。0.05％未満では効果がない。

Tiは、ＣまたはＮを固定し、ステンレス鋼の耐食性の劣
化を防ぐために添加する。Caと共存してＯを固定し、S
i、Mnの酸化物の生成を抑制し、加工性と耐食性を向上
させる効果がある。0.05％以上1.0 ％以下添加する。1.
0 ％を越えるとその効果が飽和し、経済的でなくなると
共に、加工性を劣化させる。

なお、上記のTi、Nbは、その１種または２種を添加す
る。

Niは、本発明ステンレス鋼の選択成分である。凝縮液を
含む環境など高い耐食性を要求される排気系内外面環境
でCr、Moその他元素と共存して用いる。局部腐食進展抑
制に効果的であるが、0.1 ％未満では効果がなく、1.0
％を越えるとその効果は飽和し、また経済的にも高価と
なる。

CuはCr、Moをベースとした成分系、さらにNi、その他元
素と共存の形で添加され、排気系内外環境での耐食性を
得るための添加元素である。0.03％以上で共存効果が著
しく、また1.0 ％を越えると耐食性は飽和し、加工性が
劣化する。

Ｗの共存効果は、ステンレス鋼の耐食性、局部腐食性を
向上させるためで、必要に応じて0.5 ％以下で添加す
る。0.5 ％を越えるとその効果は飽和する。0.05％未満
では効果はない。

Ｖの共存添加は、ステンレス鋼の耐食性、局部腐食性を
向上させるためで、必要に応じて0.5 ％以下で添加す
る。0.5 ％を越えるとその効果は飽和する。0.05％未満
では効果はない。

Zrの共存添加は、ステンレス鋼の耐食性、局部腐食性を
向上させるために、必要に応じて1.0 ％以下添加する。
1.0 ％を越えるとその効果は飽和する。0.05％未満では
効果はない。

Ca、Ceは低硫黄鋼中でAlと共存してＯを固定し、凝縮液
中での局部腐食の発生起点となり得るMnS 系の介在物の
生成を抑制し、耐食性を改善する。Ca、Ceは、それぞれ
0.001 〜0.03％の範囲で１種または２種が必要に応じて
添加する。

浴成分については、アルミめっき鋼板の合金層厚みを制
御するため、浴中にSiを添加するが、Si量が少ないと硬
度の高い合金層が極めて厚くなり、加工時にクラックが
発生しやすく加工時のめっき密着性が低下し、耐食性な
どの諸性能も大きな影響を受ける。しかし、10％以上Cr
を含有する鋼板では、アルミめっき浴との濡れ性が低い
ため、浴温が高い低Si浴は反応性を高める上で有利で、
かつ合金層が厚く生成しにくいため、低Si浴も排気系に
使用できる。浴中Siは合金層の成長抑制に有利である
が、含有量が多くなるとめっき層中のSiが粗大化し、ま
た鍍金層中のSi量も増大してめっき層の硬度が高くな
り、めっき層の加工性は低下する。

従ってめっき層自体の加工性をそこなわず、耐食性など
の諸性能を低下させないためには、Si量は13％以下が望
ましい。

このように製造された本発明のアルミめっき鋼板は、排
気系内外環境において、素地露出部の耐孔明き性が大幅
に向上すると共にアルミめっき層、合金層、鋼の腐食電
位がこの順序で貴となり、アルミめっき層、合金層、に
よるカソードタイプの暴食作用が得られる。さらに鋼中
のCr、Moなどの成分がアルミめっき浴と鋼の反応の際、
めっき層や合金層に含有され、これらの耐食性が向上す
る。従って以上の相乗効果によって鋼の発錆や局部腐食
を抑制でき、耐食性が大幅に向上する。

（実施例）本発明のエンジン排ガス用マフラーの特性を実施例によ
り説明する。

第１表に、本発明アルミめっき鋼板および比較鋼板の鋼
の化学組成を示す。

本発明のアルミめっき鋼板は真空溶解炉を使用し、第１
表に示した成分組成の鋼を溶製した。インゴットに鋳造
後、通常の加熱条件で熱延し、さらに酸洗、冷間圧延を
行い、板厚0.8 mmの鋼板とした。この板を無酸化炉を使
用する連続ラインにて溶融アルミめっきを行い、めっき
付着量を80ｇ／m²に調整した。

第２表または第３表に排気系外面腐食環境および内面腐
食環境をを想定したラボ試験結果を示す。外面腐食試験
においては、本発明のアルミめっき鋼板は平面部、端部
からの赤錆発生もなく合金層を含んだめっきの耐食性向
上及びめっき層による防食効果が得られた。しかし、めっきのない鋼では赤錆が発生するが、本発明の成分鋼の
腐食は軽微である。内面腐食試験においては、普通鋼ア
ルミめっき鋼板に比較して本発明のアルミめっき鋼板は
合金層を含だめっきの耐食性向上およびめっき層による
防食効果によって非常に良好な耐食性が得られた。めっ
きのない鋼の腐食の程度は、本発明の成分鋼では非常に
軽く耐食性は良好であるが、アルミめっきを行うことに
よってさらに軽微となっている。

なお、上述した第１表の試験方法は次の通りである。

〔１〕排気系外面腐食試験法（方法）１サイクル−１日；加熱（450 ℃×29分、大気
雰囲気）→塩水浸漬（27℃×1 分、5 ％NaCl溶液）→乾
燥（70℃×60分）を４回繰り返した後、塩水噴霧（35℃
×18ｈ）を行う。

上記の腐食試験を70サイクル繰り返した後、腐食減少
量、外観を調べた。

〔２〕排気系内面腐食試験法（方法）１サイクル−１週間；→→→→→
の順を１サイクルとする。

加熱（300 ℃×30分）→2/3 浸漬（80℃×150 分、pH
8 溶液）を２回繰り返す。

乾燥（100 ℃×24時間） 2/3 浸漬（80℃×24時間、pH3 ）乾燥（100 ℃×24時間） 2/3 浸漬（80℃×24時間、pH8 ）大気中に放置（27℃×66時間）上記の腐食試験を20サイクル繰り返した後、最大板厚減
少量（mm）を測定した。

（溶液）基本成分 SO_４ ^2-：1000ppm 、NO_３ ⁻：150 ppm 、Cl⁻：300 ppm
、CO_３ ^2-：4000ppm 、NH_４ ^＋：3000ppm 、HCOOH ：100
0ppm 、CH_３COOH：1000ppm この基本成分にアンモニア水または硫酸のいずれか一方
を添加してpHを８または３に調整する。

〔３〕アルミめっき付着量 80ｇ／m²とした。

（発明の効果）以上のように本発明鋼板は、十分な耐食性を有し、また
長期間の使用に耐え、しかも意匠性にも優れている。従
って、自動車エンジン排気系材料として好適である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者冨田稔福岡県北九州市八幡東区枝光１―１―１新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (56)参考文献特開昭60−13059（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：0.05％以下、 Si：0.6 ％以下、 Mn：0.05〜1.5 ％、 Cr：10〜18.5％、 Mo：1.0 〜3.0 ％、 Al：0.005 〜0.1 ％、さらに Ti：0.05〜1.0 ％、 Nb：0.05〜1.0 ％をそれぞれ１種または２種を含有し、
残部がFeと不可避的不純物からなる鋼に溶融アルミめっ
きすることを特徴とする耐食性の優れたエンジン排ガス
系材料用アルミめっき鋼板。
【請求項２】重量％で、Ｃ：0.05％以下、 Si：0.6 ％以下、 Mn：0.05〜1.5 ％、 Cr：10〜18.5％、 Mo：1.0 〜3.0 ％、 Al：0.005 〜0.1 ％、さらに Ti：0.05〜1.0 ％、 Nb：0.05〜1.0 ％をそれぞれ１種または２種含有し、ま
たさらに、 Ni：0.1 〜1.0 ％、 Cu：0.03〜1.0 ％、Ｗ：0.05〜0.5 ％、Ｖ：0.05〜0.5 ％、 Zr：0.05〜1.0 ％をそれぞれ１種または２種以上含有
し、残部がFeと不可避的不純物からなる鋼に溶融アルミ
めっきすることを特徴とする耐食性の優れたエンジン排
ガス系材料用アルミめっき鋼板。
【請求項３】さらに、鋼成分としてCa、またはCeをそれ
ぞれ0.001 〜0.03％で１種または２種含有することを特
徴とする請求項（１）または（２）記載の耐食性の優れ
たエンジン排ガス系材料用アルミめっき鋼板。