JPH0672287B2 - 燃焼排ガス中での耐酸性に優れた耐熱フェライト系ステンレス鋼箔 - Google Patents
燃焼排ガス中での耐酸性に優れた耐熱フェライト系ステンレス鋼箔Info
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- JPH0672287B2 JPH0672287B2 JP1306412A JP30641289A JPH0672287B2 JP H0672287 B2 JPH0672287 B2 JP H0672287B2 JP 1306412 A JP1306412 A JP 1306412A JP 30641289 A JP30641289 A JP 30641289A JP H0672287 B2 JPH0672287 B2 JP H0672287B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、燃焼排ガス中において使用される、耐熱性、
耐酸化性及び製造性に優れた耐熱フェライト系ステンレ
ス鋼箔に関わる。
耐酸化性及び製造性に優れた耐熱フェライト系ステンレ
ス鋼箔に関わる。
自動車等の燃焼排ガス浄化装置には、従来セラミック製
ハニカムが使用されてきたが、これを耐熱ステンレス箔
に代替することにより、ハニカム壁の肉厚を減ずること
が可能で、通気抵抗や熱容量の減少等によりエンジン性
能の向上や高価な触媒貴金属の節約が実現できることか
ら、例えば、特開昭50−92286号、同51−48473号、同56
−96726号、及び同57−71898号等の各公報に開示されて
いる如く、このハニカム体をFe−Cr−Al系耐熱金属箔で
構成する技術が提案されている。
ハニカムが使用されてきたが、これを耐熱ステンレス箔
に代替することにより、ハニカム壁の肉厚を減ずること
が可能で、通気抵抗や熱容量の減少等によりエンジン性
能の向上や高価な触媒貴金属の節約が実現できることか
ら、例えば、特開昭50−92286号、同51−48473号、同56
−96726号、及び同57−71898号等の各公報に開示されて
いる如く、このハニカム体をFe−Cr−Al系耐熱金属箔で
構成する技術が提案されている。
この際、該合金箔に要求される特性として、耐酸化性及
び酸化皮膜の密着性が注目され、それゆえ、その素材と
しては一般に耐酸化性、皮膜の密着性に優れているため
に旧来より電熱線や暖房器具の高温部品として広く利用
されてきたFe−Cr−Al系合金をベースに、この耐酸化性
あるいは触媒の直接担持体である活性アルミナ（γ−Al
2O3等）との密着性を改善した箔が用いられている。上
記各公報に開示された技術はいずれも素材の耐酸化性を
改善する手段としてＹの添加を提案しているが、Ｙはき
わめて高価な元素であるため、触媒担体をセラミック製
から金属製とすることで得られるコスト上のメリットを
減ずるために利用範囲が限られる。
び酸化皮膜の密着性が注目され、それゆえ、その素材と
しては一般に耐酸化性、皮膜の密着性に優れているため
に旧来より電熱線や暖房器具の高温部品として広く利用
されてきたFe−Cr−Al系合金をベースに、この耐酸化性
あるいは触媒の直接担持体である活性アルミナ（γ−Al
2O3等）との密着性を改善した箔が用いられている。上
記各公報に開示された技術はいずれも素材の耐酸化性を
改善する手段としてＹの添加を提案しているが、Ｙはき
わめて高価な元素であるため、触媒担体をセラミック製
から金属製とすることで得られるコスト上のメリットを
減ずるために利用範囲が限られる。
一方、特開昭58−177437号公報にはFe−Cr−Al系合金の
主として酸化皮膜の剥離を防止するために0.002〜0.05
重量％のLa,Ce,Nd,Prを含む総量0.06重量％までの希土
類元素を添加した合金、及び該合金の安定化のためにZr
を、また高温のクリープ強さ確保のためにNbをそれぞれ
C,Nとの特定関係範囲内で添加した合金が提案されてい
るが、この場合希土類元素の合計が0.06重量％を超える
ような合金は通常の鋼熱間加工温度で加工することが出
来ないとしている。
主として酸化皮膜の剥離を防止するために0.002〜0.05
重量％のLa,Ce,Nd,Prを含む総量0.06重量％までの希土
類元素を添加した合金、及び該合金の安定化のためにZr
を、また高温のクリープ強さ確保のためにNbをそれぞれ
C,Nとの特定関係範囲内で添加した合金が提案されてい
るが、この場合希土類元素の合計が0.06重量％を超える
ような合金は通常の鋼熱間加工温度で加工することが出
来ないとしている。
特開昭63−45351号公報には、同じくFe−Cr−Al系をベ
ースとする合金においてＹの添加は高価なものになると
して、Ce以外で、LaまたはLaを主成分としたランタノイ
ドを0.05重量％〜0.20重量％の範囲で添加することが提
案されている。これは、ランタノイドの添加による熱間
加工性の低下原因がCeの存在にあり、さらにCeには耐酸
化性をも低下させる作用があるため、これをCeを含まな
いランタノイドの添加とすれば熱間加工が可能となり耐
酸化性も向上するという知見に基づくとしている。
ースとする合金においてＹの添加は高価なものになると
して、Ce以外で、LaまたはLaを主成分としたランタノイ
ドを0.05重量％〜0.20重量％の範囲で添加することが提
案されている。これは、ランタノイドの添加による熱間
加工性の低下原因がCeの存在にあり、さらにCeには耐酸
化性をも低下させる作用があるため、これをCeを含まな
いランタノイドの添加とすれば熱間加工が可能となり耐
酸化性も向上するという知見に基づくとしている。
しかしながら、ランタノイドは化学的に活性に富む元素
であり、かつ相互に化学的性質が類似しているために個
々の分離が難しく、従って実質的に純粋なLaは、Ｙに比
べれば安価であるもののランタノイドの一般的な混合物
であるいわゆるミッシュメタルに対しては非常に高価で
あることに変わりない。また、同様に、Ceのみを分離除
去することも価格の上昇を避けえない。
であり、かつ相互に化学的性質が類似しているために個
々の分離が難しく、従って実質的に純粋なLaは、Ｙに比
べれば安価であるもののランタノイドの一般的な混合物
であるいわゆるミッシュメタルに対しては非常に高価で
あることに変わりない。また、同様に、Ceのみを分離除
去することも価格の上昇を避けえない。
さらに、これらの技術では、触媒性能ことにその耐久性
に与えるハニカム体構成箔の成分の影響については全く
触れられていない。
に与えるハニカム体構成箔の成分の影響については全く
触れられていない。
本発明はかかる状況に鑑み、ガス組成変動を伴う高温の
燃焼排ガスの高速気流中にあっても、箔形状での耐酸化
性に優れるのみならず、触媒の担持体として触媒活性の
耐久性維持に効果があり、かつ安価に供給可能な製造性
の優れた耐熱フェライト系ステンレス鋼箔について種々
検討した結果得られた新知見を基に達成されたものであ
り、このような耐熱フェライト系ステンレス鋼箔の提供
を目的とする。
燃焼排ガスの高速気流中にあっても、箔形状での耐酸化
性に優れるのみならず、触媒の担持体として触媒活性の
耐久性維持に効果があり、かつ安価に供給可能な製造性
の優れた耐熱フェライト系ステンレス鋼箔について種々
検討した結果得られた新知見を基に達成されたものであ
り、このような耐熱フェライト系ステンレス鋼箔の提供
を目的とする。
まず、鉄と鋼Vo1.72（1986）,S1482には厚さ50μｍ程度
のFe−20Cr−5Al系合金箔の高温での酸化挙動につい
て、ある時間以降急激な反応が起こって箔中心部まで酸
化物となる、いわゆる異常酸化の発生は、箔中のAlの全
量がAl2O3として消耗される時間に対応し、0.015重量％
程度の（La＋Ce）の添加はAl2O3の内部保護性を向上す
る旨が報告されている。しかしながら、この報告は大気
中の箔の酸化挙動についてのものであり、本発明が対象
とする燃焼排ガス中での箔の酸化挙動は全く異なるもの
である。
のFe−20Cr−5Al系合金箔の高温での酸化挙動につい
て、ある時間以降急激な反応が起こって箔中心部まで酸
化物となる、いわゆる異常酸化の発生は、箔中のAlの全
量がAl2O3として消耗される時間に対応し、0.015重量％
程度の（La＋Ce）の添加はAl2O3の内部保護性を向上す
る旨が報告されている。しかしながら、この報告は大気
中の箔の酸化挙動についてのものであり、本発明が対象
とする燃焼排ガス中での箔の酸化挙動は全く異なるもの
である。
即ち、排ガス中では箔の異常酸化の発生は全Alの消耗と
は必ずしも対応せず、全Alが消耗されるより以前に既に
異常酸化が発生するのである。
は必ずしも対応せず、全Alが消耗されるより以前に既に
異常酸化が発生するのである。
また、大気中では0.03重量％程度のランタノイドの添加
により長時間経過後にAl2O3皮膜の下層に幾らか保護性
のあるCrを主体とした酸化皮膜が形成する場合もあり、
この際一時的に異常酸化の発生が抑えられるように見れ
る時期もあるが、排ガス中ではこうした期間はごく短時
間であり、しかもこの状態の箔は既に金属としての弾力
的な性質が低下している上に、箔自体の寸法変化が大き
くなっており、ハニカム体を構成する構造材料としては
事実上寿命に達している。さらにこの状態の箔は微視的
には、その表面にFeを含むCr主体の酸化物の点在が認め
られ、この酸化物の存在が触媒活性の低下を引き起こす
一因となっている。
により長時間経過後にAl2O3皮膜の下層に幾らか保護性
のあるCrを主体とした酸化皮膜が形成する場合もあり、
この際一時的に異常酸化の発生が抑えられるように見れ
る時期もあるが、排ガス中ではこうした期間はごく短時
間であり、しかもこの状態の箔は既に金属としての弾力
的な性質が低下している上に、箔自体の寸法変化が大き
くなっており、ハニカム体を構成する構造材料としては
事実上寿命に達している。さらにこの状態の箔は微視的
には、その表面にFeを含むCr主体の酸化物の点在が認め
られ、この酸化物の存在が触媒活性の低下を引き起こす
一因となっている。
ところが、ランタノイドが0.06％を超えて含まれる場合
には、逆に、Alがほぼ消耗された後もなお、上述したよ
うなCr主体の酸化物の形成を伴うことなく、異常酸化の
発生が長時間にわたって抑えられることが明らかとな
り、さらにこの時Ｐをランタノイドとある特定量の範囲
内で組み合わせて添加すれば前述した特開昭63−45351
号公報に提案されている様なランタノイドの中の成分の
区別は必要とせずに、通常のフェライト系ステンレス鋼
の熱間加工工程において問題なく熱間加工が可能である
ことを知見した。
には、逆に、Alがほぼ消耗された後もなお、上述したよ
うなCr主体の酸化物の形成を伴うことなく、異常酸化の
発生が長時間にわたって抑えられることが明らかとな
り、さらにこの時Ｐをランタノイドとある特定量の範囲
内で組み合わせて添加すれば前述した特開昭63−45351
号公報に提案されている様なランタノイドの中の成分の
区別は必要とせずに、通常のフェライト系ステンレス鋼
の熱間加工工程において問題なく熱間加工が可能である
ことを知見した。
さらに、箔中のランタノイドの含有量、及びランタノイ
ド中の元素の構成比が触媒性能の耐久性にも影響し、全
ランタノイドが0.06％を超えて含まれる際に、箔に対し
てCeが0.03％以上である場合にこれらを改善する効果が
特に大きくなり、Ｙにはこの作用がないことを新たに知
見した。
ド中の元素の構成比が触媒性能の耐久性にも影響し、全
ランタノイドが0.06％を超えて含まれる際に、箔に対し
てCeが0.03％以上である場合にこれらを改善する効果が
特に大きくなり、Ｙにはこの作用がないことを新たに知
見した。
また、この様なFe−Cr−Al系ステンレス箔の製造性につ
いて種々検討したところ、通常のステンレス鋼の熱延コ
イルによる量産工程で問題となる熱延板の靭性はNbの添
加により著しく改善できること、さらに、箔圧延に際し
Ｙ含有鋼はいわゆるヘゲ状疵が多発し易く、一旦これが
発生すると表面研削しても新たなヘゲ疵が生ずることが
明らかとなった。こうしたヘゲ疵はことに箔の場合異常
酸化の起点となるため、Ｙ添加鋼はこの現象の故に冷延
箔での耐酸化性を確保することが困難である。
いて種々検討したところ、通常のステンレス鋼の熱延コ
イルによる量産工程で問題となる熱延板の靭性はNbの添
加により著しく改善できること、さらに、箔圧延に際し
Ｙ含有鋼はいわゆるヘゲ状疵が多発し易く、一旦これが
発生すると表面研削しても新たなヘゲ疵が生ずることが
明らかとなった。こうしたヘゲ疵はことに箔の場合異常
酸化の起点となるため、Ｙ添加鋼はこの現象の故に冷延
箔での耐酸化性を確保することが困難である。
即ち、本発明は燃焼排ガス中での耐酸化性に優れ、触媒
の担持体として用いた場合その触媒活性の耐久性維持に
効果があり、かつ安価に製造可能を耐熱フェライト系ス
テンレス鋼箔を提供するもので、具体的には 重量％で ランタノイド：箔に対して0.03％以上のCeを含み、かつ
総量0.06％超、0.15％以下 P:0.03％超0.1％以下 Al:4.5％以上、6.5％以下 Cr:13％以上、25％以下 C:0.025％以下 N:0.02％以下で、かつ Ｃ＋N:0.03％以下 残部Fe及び不可避的不純物から成ることを特徴とする、
燃焼排ガス中での耐酸性に優れた耐熱フェライト系ステ
ンレス鋼箔であり、さらに必要に応じて重量％で 〔（93C％/12）＋（93N％/14）〕×0.8以上 〔（93C％/12）＋（93N％/14）〕×1.5以下 をNbを含有させることで特に熱延板の靭性を飛躍的に向
上することが可能となるものである。
の担持体として用いた場合その触媒活性の耐久性維持に
効果があり、かつ安価に製造可能を耐熱フェライト系ス
テンレス鋼箔を提供するもので、具体的には 重量％で ランタノイド：箔に対して0.03％以上のCeを含み、かつ
総量0.06％超、0.15％以下 P:0.03％超0.1％以下 Al:4.5％以上、6.5％以下 Cr:13％以上、25％以下 C:0.025％以下 N:0.02％以下で、かつ Ｃ＋N:0.03％以下 残部Fe及び不可避的不純物から成ることを特徴とする、
燃焼排ガス中での耐酸性に優れた耐熱フェライト系ステ
ンレス鋼箔であり、さらに必要に応じて重量％で 〔（93C％/12）＋（93N％/14）〕×0.8以上 〔（93C％/12）＋（93N％/14）〕×1.5以下 をNbを含有させることで特に熱延板の靭性を飛躍的に向
上することが可能となるものである。
次に本発明における成分の限定理由ならびにその作用に
ついて説明する。
ついて説明する。
（１）ランタノイド： まず、本発明におけるランタノイドとは周期律表中のLa
以降、Luまでの15元素のことで、実際の添加原料として
はこれらの混合物で、より安価ないわゆるミッシュメタ
ルを用いることができる。このとき、分析の結果として
検出できるのは事実上La,Ce,Pr,Ndの４種の代表され
る。
以降、Luまでの15元素のことで、実際の添加原料として
はこれらの混合物で、より安価ないわゆるミッシュメタ
ルを用いることができる。このとき、分析の結果として
検出できるのは事実上La,Ce,Pr,Ndの４種の代表され
る。
ランタノイドは前述した如く、とくに排気ガス中での箔
の異常酸化発生に対する抵抗力を著しく向上させる作用
に加え、さらに0.06％を超えて含まれ、かつ、この際箔
に対してCeが0.03％以上であるとき、触媒自体の性能の
耐久性を向上させるという作用が認められることが明ら
かとなった。この原因については必ずしも明らかではな
いが、鋼中に含有されるランタノイドの各成分元素が酸
化されて箔表面にこれらを含む酸化皮膜が形成し、これ
が触媒の直接担持体であるγ−Al2O3あるいは周囲のガ
ス成分に何らかの化学的作用を及ぼすためにもたらされ
る効果と推定でき、その際、酸化されたCeが最もこの効
果が大きいか、あるいはCeには他のランタノイドにはな
い効果があると推定される。
の異常酸化発生に対する抵抗力を著しく向上させる作用
に加え、さらに0.06％を超えて含まれ、かつ、この際箔
に対してCeが0.03％以上であるとき、触媒自体の性能の
耐久性を向上させるという作用が認められることが明ら
かとなった。この原因については必ずしも明らかではな
いが、鋼中に含有されるランタノイドの各成分元素が酸
化されて箔表面にこれらを含む酸化皮膜が形成し、これ
が触媒の直接担持体であるγ−Al2O3あるいは周囲のガ
ス成分に何らかの化学的作用を及ぼすためにもたらされ
る効果と推定でき、その際、酸化されたCeが最もこの効
果が大きいか、あるいはCeには他のランタノイドにはな
い効果があると推定される。
上述の２つに代表される作用・効果により、触媒の担持
体を構成する箔に関する本発明にあってはランタノイド
は必要欠くべからざる添加元素である。
体を構成する箔に関する本発明にあってはランタノイド
は必要欠くべからざる添加元素である。
排気ガス中での箔の異常酸化発生までの寿命はランタノ
イドの添加により増大するが、第２図に示す如く0.06％
を超えるとその効果が著しく大きくなる。一方、0.15％
を超えるとかえって異常酸化寿命が短くなる。したがっ
て、ランタノイドの添加はこの範囲に限定され、かつ上
述した触媒性能自体の耐久性から0.03％以上のCeが必要
である。また、この添加範囲にあっては、Ｐは後述する
特定量で組み合わせ添加すれば熱間での加工性は全く問
題ない。
イドの添加により増大するが、第２図に示す如く0.06％
を超えるとその効果が著しく大きくなる。一方、0.15％
を超えるとかえって異常酸化寿命が短くなる。したがっ
て、ランタノイドの添加はこの範囲に限定され、かつ上
述した触媒性能自体の耐久性から0.03％以上のCeが必要
である。また、この添加範囲にあっては、Ｐは後述する
特定量で組み合わせ添加すれば熱間での加工性は全く問
題ない。
（２）P: Ｐは本発明にあってはランタノイドとの関わりにおい
て、熱間での加工性を改善することを目的とした重要な
添加元素である。
て、熱間での加工性を改善することを目的とした重要な
添加元素である。
即ち、本発明は上述した範囲のランタノイドの添加によ
って箔の耐酸化性はもとより、触媒担持体の構成箔とし
て用いた場合、触媒性能の耐久性をも向上させることが
可能となるのであるが、従来このような多量のランタノ
イドの添加は熱間での加工性を低下し、熱延コイルによ
る通常のステンレス鋼板の量産工程では製造困難と考え
られていた。そして、その原因は主として、ミッシュメ
タルを添加した際の主成分であるCeが低融点のFeとの金
属間化合物を形成し易いことに帰せられていた。しかし
ながら、Ｐを組み合わせて添加した場合には、例えばCe
の一部は３μｍ前後の比較的微細でかつ粒状の高融点り
ん化物として銅中に存在するようになり、上述したよう
な熱間加工性の低下は全く起こらないのである。このた
めに必要なＰの含有量は本発明者らの検討によれば、ラ
ンタノイドが0.06％超0.15％以下の範囲では第１図に示
すように８×（ランタノイド％−0.009）/45以上となる
のである。一方、Ｐにはフェライト系ステンレス鋼のい
わゆる475℃脆性を促進する弊害もあり、もともと靭性
に劣る傾向のある本発明の如きFe−Cr−Al系ステンレス
鋼にあってはこの点から上限は0.1％に制御される。ま
た、この様な範囲のＰの添加は耐酸化性に対し悪影響は
全く認められない。
って箔の耐酸化性はもとより、触媒担持体の構成箔とし
て用いた場合、触媒性能の耐久性をも向上させることが
可能となるのであるが、従来このような多量のランタノ
イドの添加は熱間での加工性を低下し、熱延コイルによ
る通常のステンレス鋼板の量産工程では製造困難と考え
られていた。そして、その原因は主として、ミッシュメ
タルを添加した際の主成分であるCeが低融点のFeとの金
属間化合物を形成し易いことに帰せられていた。しかし
ながら、Ｐを組み合わせて添加した場合には、例えばCe
の一部は３μｍ前後の比較的微細でかつ粒状の高融点り
ん化物として銅中に存在するようになり、上述したよう
な熱間加工性の低下は全く起こらないのである。このた
めに必要なＰの含有量は本発明者らの検討によれば、ラ
ンタノイドが0.06％超0.15％以下の範囲では第１図に示
すように８×（ランタノイド％−0.009）/45以上となる
のである。一方、Ｐにはフェライト系ステンレス鋼のい
わゆる475℃脆性を促進する弊害もあり、もともと靭性
に劣る傾向のある本発明の如きFe−Cr−Al系ステンレス
鋼にあってはこの点から上限は0.1％に制御される。ま
た、この様な範囲のＰの添加は耐酸化性に対し悪影響は
全く認められない。
（３）Al: Alは本発明にあっては耐酸化性を確保する基本元素であ
り、4.5％未満では箔の場合、排気ガス中での酸化皮膜
の保護性が極度に悪く、たやすく異常酸化を発生するた
め、触媒の担持体としてその使用に耐えない。一方、6.
5％を超えて含まれると、熱延板の靭性が極度に低下し
製造性が損なわれることに加え、箔の熱膨張係数が大き
くなり始め、触媒担持体として使用した際に加熱・冷却
の繰り返しによる熱疲労特性が著しく低下しはじめる。
従って、本発明にあってはAlは4.5％以上6.5％以下がそ
の範囲となる。
り、4.5％未満では箔の場合、排気ガス中での酸化皮膜
の保護性が極度に悪く、たやすく異常酸化を発生するた
め、触媒の担持体としてその使用に耐えない。一方、6.
5％を超えて含まれると、熱延板の靭性が極度に低下し
製造性が損なわれることに加え、箔の熱膨張係数が大き
くなり始め、触媒担持体として使用した際に加熱・冷却
の繰り返しによる熱疲労特性が著しく低下しはじめる。
従って、本発明にあってはAlは4.5％以上6.5％以下がそ
の範囲となる。
（４）Cr: Crはステンレス鋼の耐食性及び耐熱性を確保する基本元
素である。本発明にあっては、耐熱性の主体はAl2O3皮
膜にあるが、Crが不足するとその密着性が低下する。一
方、Crが過剰になると熱延板の靭性が低下するため、そ
の範囲は13％以上25％以下となる。
素である。本発明にあっては、耐熱性の主体はAl2O3皮
膜にあるが、Crが不足するとその密着性が低下する。一
方、Crが過剰になると熱延板の靭性が低下するため、そ
の範囲は13％以上25％以下となる。
（５）C,N: C,Nはともに本発明にあっては熱延板の靭性を著しく低
下する。この悪影響を、後述するNbの作用により極力抑
えることができるが、Ｃが0.025％を超える場合または
Ｎが0.02％を超える場合、もしくはＣ＋Ｎの総量が0.03
％を超えると靭性を回復させることが著しく困難にな
る。従って、 C:0.025％以下 N:0.02％以下でかつ Ｃ＋N:0.03％以下がその範囲となる。
下する。この悪影響を、後述するNbの作用により極力抑
えることができるが、Ｃが0.025％を超える場合または
Ｎが0.02％を超える場合、もしくはＣ＋Ｎの総量が0.03
％を超えると靭性を回復させることが著しく困難にな
る。従って、 C:0.025％以下 N:0.02％以下でかつ Ｃ＋N:0.03％以下がその範囲となる。
（６）Nb: Nbは本発明にあっては、熱延板の靭性向上を目的として
選択的に添加できる。
選択的に添加できる。
この際、C,Nとの量的関係において、少なくとも 〔（93C％/12）＋（93N％/14）〕×0.8以上の添加が必
要で、これ未満ではNbによる靭性向上効果が現れない
が、 〔（93C％/12）＋（93N％/14）〕×1.5を超えると、靭
性向上効果が飽和しはじめる一方、鋳造後の鋼塊が冷却
中に割れを発生しやすくなるという弊害が現れ始める。
従ってNbは 〔（93C％/12）＋（93N％/14）〕×0.8以上 〔（93C％/12）＋（93N％/14）〕×1.5以下 がその範囲となる。
要で、これ未満ではNbによる靭性向上効果が現れない
が、 〔（93C％/12）＋（93N％/14）〕×1.5を超えると、靭
性向上効果が飽和しはじめる一方、鋳造後の鋼塊が冷却
中に割れを発生しやすくなるという弊害が現れ始める。
従ってNbは 〔（93C％/12）＋（93N％/14）〕×0.8以上 〔（93C％/12）＋（93N％/14）〕×1.5以下 がその範囲となる。
（７）その他の不純物： Mn:Mnは本発明にあっては、とくに極初期の酸化皮膜中
に濃化し、以後のAl2O3皮膜の形成に害を及ぼし皮膜に
構造的欠陥を残存させる一因となるので0.3％以下に規
制することが望ましい。
に濃化し、以後のAl2O3皮膜の形成に害を及ぼし皮膜に
構造的欠陥を残存させる一因となるので0.3％以下に規
制することが望ましい。
Si:Siは耐酸化性を向上させる元素であるが同時に熱延
板の靭性を大きく低下させる。本発明の如き高Al含有の
フェライト系ステンレス鋼は本来耐酸化性に優れている
ためSiは靭性の点から少量に抑えることが望ましく、そ
の範囲は0.5％以下である。
板の靭性を大きく低下させる。本発明の如き高Al含有の
フェライト系ステンレス鋼は本来耐酸化性に優れている
ためSiは靭性の点から少量に抑えることが望ましく、そ
の範囲は0.5％以下である。
S:SはＰと同様ランタノイドとの高融点の化合物を形成
し易いが、同時に耐酸化性を低下させるため、本発明に
あっては0.003％以下が望ましい。
し易いが、同時に耐酸化性を低下させるため、本発明に
あっては0.003％以下が望ましい。
O:Oはランタノイドとの親和力が強く、酸化物系の介在
物としてこれを固定する作用をもち、この点からはＰと
同様の効果があるが、本発明のような高Al含有のフェラ
イト系ステンレス鋼ではランタノイドの添加に先立つ製
鋼段階で十分脱酸され通常0.002％以下まで低下し、か
つその量を制御することが困難である。このため、前述
したランタノイドの熱間加工性への悪影響を防止する対
抗元素として利用することは困難である。
物としてこれを固定する作用をもち、この点からはＰと
同様の効果があるが、本発明のような高Al含有のフェラ
イト系ステンレス鋼ではランタノイドの添加に先立つ製
鋼段階で十分脱酸され通常0.002％以下まで低下し、か
つその量を制御することが困難である。このため、前述
したランタノイドの熱間加工性への悪影響を防止する対
抗元素として利用することは困難である。
このように、Ｓ及びＯはＰと同様ランタノイド添加によ
る熱間加工性の低下を防止し得る作用を持つものではあ
るが、上述した事情により利用が非常に困難なものであ
る。したがって、本発明においては比較的制御し易く、
かつ効果の信頼性の高いＰの添加によって熱間加工性の
改善を図るのである。なお、この際厳密にはS,Oの量に
よってＰの必要量も変動するとも考えられるが、後述す
るように、本発明の如き高Al含有のフェライト系ステン
レス鋼にあっては、８×（ランタノイド％−0.009/45以
上のＰを含有せしめれば実用上全く問題のない熱間加工
性が確保できるのである。
る熱間加工性の低下を防止し得る作用を持つものではあ
るが、上述した事情により利用が非常に困難なものであ
る。したがって、本発明においては比較的制御し易く、
かつ効果の信頼性の高いＰの添加によって熱間加工性の
改善を図るのである。なお、この際厳密にはS,Oの量に
よってＰの必要量も変動するとも考えられるが、後述す
るように、本発明の如き高Al含有のフェライト系ステン
レス鋼にあっては、８×（ランタノイド％−0.009/45以
上のＰを含有せしめれば実用上全く問題のない熱間加工
性が確保できるのである。
Mg:Mgは本発明のような高Al含有のフェライト系ステン
レス鋼にあっては耐酸化性を向上させる作用をもつが、
本発明にあってはこの効果を目的として格別に添加する
必要はない。またMgは本発明の高Al含有のフェライト系
ステンレス鋼にあってはその製鋼過程において不可避的
に鋼中に取り込まれるが、この量は多い場合でも200ppm
程度であって、その後の製造性や耐酸化性になんらの有
害作用も及ぼさない。
レス鋼にあっては耐酸化性を向上させる作用をもつが、
本発明にあってはこの効果を目的として格別に添加する
必要はない。またMgは本発明の高Al含有のフェライト系
ステンレス鋼にあってはその製鋼過程において不可避的
に鋼中に取り込まれるが、この量は多い場合でも200ppm
程度であって、その後の製造性や耐酸化性になんらの有
害作用も及ぼさない。
この様な構成をもつ本発明のFe−Cr−Al合金は、通常の
フェライト系ステンレス鋼と同様の溶解、熱間圧延、冷
間圧延の工程に必要に応じて焼鈍工程を組み合わせるこ
とによって50μｍ程度の箔にまで製造可能である。ま
た、こうして製造された箔、及びこの箔を用いて構成さ
れた排気ガス浄化触媒担体及び該触媒装置は高温の燃焼
ガス雰囲気中でも異常酸化の発生に対する抵抗が著しく
大きいのみならず、触媒自体の浄化性能及びその耐久性
が顕著に向上するのである。
フェライト系ステンレス鋼と同様の溶解、熱間圧延、冷
間圧延の工程に必要に応じて焼鈍工程を組み合わせるこ
とによって50μｍ程度の箔にまで製造可能である。ま
た、こうして製造された箔、及びこの箔を用いて構成さ
れた排気ガス浄化触媒担体及び該触媒装置は高温の燃焼
ガス雰囲気中でも異常酸化の発生に対する抵抗が著しく
大きいのみならず、触媒自体の浄化性能及びその耐久性
が顕著に向上するのである。
次に、実施例により本発明の効果をさらに詳しく説明す
る。
る。
（実施例１） 第１表にFe−20Cr−5Al鋼の熱間加工性とランタノイド
（Lnと略記）及びＰの量との関係を調査した際に用いた
材料の化学成分を示す。
（Lnと略記）及びＰの量との関係を調査した際に用いた
材料の化学成分を示す。
これらの鋼はいずれも真空アーク溶解炉にて、100g溶製
し厚さ12mm、幅22mm、長さ74mm程度の棒状インゴットと
し、1200℃3hr加熱後室温まで空冷し、さらに1150℃で
0.5hr加熱後圧下率50％にて１パスの熱間圧延を行っ
た。この際P1,P2,P7,P9,P10,P14,P18,P19,P20には激し
い割れが発生したが、他のものには割れは全く認められ
なかった。この結果を第１表中に示した。また、Ln量と
Ｐ量との関係において割れ発生の有無を整理した結果を
第１図に示す。この結果から、Ln量が0.06％を超え、0.
15％までの範囲では、熱間加工性を確保するために８×
（Ln％−0.009）/45以上のＰが必要と判断できる。な
お、このときいずれの鋼においてもＳは0.003％以下、
Ｏは0.003％以下であった。
し厚さ12mm、幅22mm、長さ74mm程度の棒状インゴットと
し、1200℃3hr加熱後室温まで空冷し、さらに1150℃で
0.5hr加熱後圧下率50％にて１パスの熱間圧延を行っ
た。この際P1,P2,P7,P9,P10,P14,P18,P19,P20には激し
い割れが発生したが、他のものには割れは全く認められ
なかった。この結果を第１表中に示した。また、Ln量と
Ｐ量との関係において割れ発生の有無を整理した結果を
第１図に示す。この結果から、Ln量が0.06％を超え、0.
15％までの範囲では、熱間加工性を確保するために８×
（Ln％−0.009）/45以上のＰが必要と判断できる。な
お、このときいずれの鋼においてもＳは0.003％以下、
Ｏは0.003％以下であった。
（実施例２） 第２表に本発明において、製造性についての検討に用い
た鋼の化学成分を示す。
た鋼の化学成分を示す。
これらの鋼はいずれも真空溶製し、25kgインゴットに鋳
造した後、1180℃にて１時間保定後直ちに熱間圧延を開
始し、厚さ4mmに仕上げ放冷し板の表面温度が500℃にな
ったところで480℃に設定した炉に装入し、0.5時間保定
後平均冷却速度約20℃/hrで室温まで炉冷した。
造した後、1180℃にて１時間保定後直ちに熱間圧延を開
始し、厚さ4mmに仕上げ放冷し板の表面温度が500℃にな
ったところで480℃に設定した炉に装入し、0.5時間保定
後平均冷却速度約20℃/hrで室温まで炉冷した。
この一連の操作の中で、比較例のB1及びB2には熱延時、
板に激しい耳割れ及び表面割れが発生し、この２つの鋼
は熱間での加工性は乏しいと判断された。一方、他の鋼
についてはＡシリーズ、Ｂシリーズとも良好な形状の熱
延板が得られた。これらの結果を第３表の熱間加工性の
欄に、割れの発生したものは×印で、問題の無かったも
のを○印で示した。
板に激しい耳割れ及び表面割れが発生し、この２つの鋼
は熱間での加工性は乏しいと判断された。一方、他の鋼
についてはＡシリーズ、Ｂシリーズとも良好な形状の熱
延板が得られた。これらの結果を第３表の熱間加工性の
欄に、割れの発生したものは×印で、問題の無かったも
のを○印で示した。
次に、こうして得られた熱延板のうちB1とB2を除いたも
のから、圧延方向を長手方向とする1/3サブサイズｖノ
ッチシャルピー試験片を採取し、これを用いて各熱延板
の靭性を調査した。第３表の熱延板靭性の欄にこれらの
結果を示す。
のから、圧延方向を長手方向とする1/3サブサイズｖノ
ッチシャルピー試験片を採取し、これを用いて各熱延板
の靭性を調査した。第３表の熱延板靭性の欄にこれらの
結果を示す。
判断指標としては、一つの試験温度における衝撃吸収エ
ネルギーの３点の平均値が5.5kgm/cm2を超える温度と
し、この温度が60℃以下のものを◎印、60℃超90℃以下
のものを○印、90℃超120℃以下のものを×印、さらに1
20℃超のものを××印とした。なお、◎印のものは工場
での大量生産時にも何ら特別の処置を要さずに通板製造
可能であり、○印は若干の加熱・保温処理を必要とする
場合もあるが基本的には十分大量生産可能なものであ
る。一方×印は工場通板が全く不可能ではないものの、
その際には常に板の温度管理に注意が必要であり、生産
性が極度に低下し著しいコストアップを引き起こす。さ
らに××印のものは熱延コイルによる通常のステンレス
鋼板の工場生産工程では事実上生産不可能と判断できる
ものである。
ネルギーの３点の平均値が5.5kgm/cm2を超える温度と
し、この温度が60℃以下のものを◎印、60℃超90℃以下
のものを○印、90℃超120℃以下のものを×印、さらに1
20℃超のものを××印とした。なお、◎印のものは工場
での大量生産時にも何ら特別の処置を要さずに通板製造
可能であり、○印は若干の加熱・保温処理を必要とする
場合もあるが基本的には十分大量生産可能なものであ
る。一方×印は工場通板が全く不可能ではないものの、
その際には常に板の温度管理に注意が必要であり、生産
性が極度に低下し著しいコストアップを引き起こす。さ
らに××印のものは熱延コイルによる通常のステンレス
鋼板の工場生産工程では事実上生産不可能と判断できる
ものである。
本発明例のＡシリーズはいずれも靭性に優れ、工場での
大量生産が比較的容易と判断でき、とくにNb添加鋼は優
れた靭性を示す。これに対し、比較例ではB9を除いてい
ずれも靭性が低く製造性に問題があると判断された。
大量生産が比較的容易と判断でき、とくにNb添加鋼は優
れた靭性を示す。これに対し、比較例ではB9を除いてい
ずれも靭性が低く製造性に問題があると判断された。
次にこれらの鋼の熱延板を焼鈍、ショットブラスト、酸
洗した後、Al,A5,A6は室温にて、他のＡシリーズ鋼及び
B9は70℃に加熱し、またB3〜B8は160℃以上に加熱して
0.8mmまで冷間圧延した。このときB6,B7には耳割れが発
生し、B9にはヘゲ状の疵が多発した。
洗した後、Al,A5,A6は室温にて、他のＡシリーズ鋼及び
B9は70℃に加熱し、またB3〜B8は160℃以上に加熱して
0.8mmまで冷間圧延した。このときB6,B7には耳割れが発
生し、B9にはヘゲ状の疵が多発した。
これら冷延薄板を焼鈍、ショットブラスト、酸洗した後
トリミングし、さらにB9は表面研削してヘゲ状の疵を可
能な限り除去してから箔圧延した。この時板破断したも
のはなかったが、B6,B7には耳割れが発生したため65μ
ｍの時点で圧延を打ち切った。またB9はヘゲ疵が多発し
その一部では板に穴があくまでになったため0.12mmの時
点で圧延を打ち切った。他のものは、A,Bシリーズとも
問題なく50μｍまで圧延可能であった。この結果を第３
表冷延性の欄に、問題の生じたB6,B7,B9は×印で、他は
○印で示した。
トリミングし、さらにB9は表面研削してヘゲ状の疵を可
能な限り除去してから箔圧延した。この時板破断したも
のはなかったが、B6,B7には耳割れが発生したため65μ
ｍの時点で圧延を打ち切った。またB9はヘゲ疵が多発し
その一部では板に穴があくまでになったため0.12mmの時
点で圧延を打ち切った。他のものは、A,Bシリーズとも
問題なく50μｍまで圧延可能であった。この結果を第３
表冷延性の欄に、問題の生じたB6,B7,B9は×印で、他は
○印で示した。
以上の結果から本発明の範囲内の鋼は良好な製造性を具
備しているのに対し、比較鋼は箔までの製造に際し何ら
かの問題を生じ、製造性に劣ることが明らかとなった。
備しているのに対し、比較鋼は箔までの製造に際し何ら
かの問題を生じ、製造性に劣ることが明らかとなった。
（実施例３） 第４表にエンジン排ガス中での箔の異常酸化寿命を調査
した際用いた鋼の化学成分を示す。
した際用いた鋼の化学成分を示す。
これらの鋼の一部は実施例１に調製した箔を用い、他の
ものは熱延まで実施例１と同様にした後、放冷しその後
再度実施例１と同様にして必要に応じて加熱しつつ圧延
し50μｍの箔を作製した。なお、このときＡシリーズ、
Ｂシリーズとも箔圧延までの操作中、耳割れやヘゲ疵の
発生はなかった。
ものは熱延まで実施例１と同様にした後、放冷しその後
再度実施例１と同様にして必要に応じて加熱しつつ圧延
し50μｍの箔を作製した。なお、このときＡシリーズ、
Ｂシリーズとも箔圧延までの操作中、耳割れやヘゲ疵の
発生はなかった。
こうして得られた箔を、ガソリンエンジンの排気ガスを
導入した加熱炉中で、1170℃20時間加熱する操作を箔に
異常酸化が発生するまで繰り返した。供試箔はいずれも
50±２μｍで、各成分について３体試験しその平均値を
該成分箔の異常酸化寿命とした。また、異常酸化の発生
有無の判定は目視にて行った。
導入した加熱炉中で、1170℃20時間加熱する操作を箔に
異常酸化が発生するまで繰り返した。供試箔はいずれも
50±２μｍで、各成分について３体試験しその平均値を
該成分箔の異常酸化寿命とした。また、異常酸化の発生
有無の判定は目視にて行った。
A1,A2,A3,A8,A9及びB11,B12,B13,B14,B16についてラン
タノイドの含有量と箔の異常酸化寿命との相関を第２図
に示す。ランタノイドが0.06％を超えるとそれ以下の場
合にくらべ異常酸化寿命が著しく増大すること、また逆
にランタノイドが0.15％以上では寿命が低下してしまう
ことが明らかである。本発明のランタノイドの総量の範
囲の根拠はここにある。
タノイドの含有量と箔の異常酸化寿命との相関を第２図
に示す。ランタノイドが0.06％を超えるとそれ以下の場
合にくらべ異常酸化寿命が著しく増大すること、また逆
にランタノイドが0.15％以上では寿命が低下してしまう
ことが明らかである。本発明のランタノイドの総量の範
囲の根拠はここにある。
各箔の異常酸化寿命を第４表中に示す。比較例B15はＹ
添加鋼であり酸化寿命には優れている。
添加鋼であり酸化寿命には優れている。
〔発明の効果〕 実施例からも明らかなように、本発明によるFe−Cr−Al
系ステンレス鋼箔は、エンジン排気ガス中での異常酸化
発生に対する抵抗力が非常に高いのみならず、熱間での
加工性、熱延板の靭性に優れ、かつ箔圧延時にヘゲ状疵
が発生しにくく、従って、製造性に優れたものであり、
かつ触媒の担持体として用いた場合、触媒の浄化性能の
耐久性も向上するという優れた作用効果をもたらすもの
であり、従って、とりわけ自動車の排気ガス浄化装置の
触媒担持体として好適である。
系ステンレス鋼箔は、エンジン排気ガス中での異常酸化
発生に対する抵抗力が非常に高いのみならず、熱間での
加工性、熱延板の靭性に優れ、かつ箔圧延時にヘゲ状疵
が発生しにくく、従って、製造性に優れたものであり、
かつ触媒の担持体として用いた場合、触媒の浄化性能の
耐久性も向上するという優れた作用効果をもたらすもの
であり、従って、とりわけ自動車の排気ガス浄化装置の
触媒担持体として好適である。
【図面の簡単な説明】 第１図は本願発明に係わるFe−Cr−Al系ステンレス鋼の
熱間圧延時の割れ発生の有無と、ランタノイド及びＰの
含有量との関係を示す相関図、第２図は本願発明に係わ
るFe−Cr−Al系ステンレス鋼箔の、エンジン排気ガス中
での異常酸化発生寿命とランタノイドの含有量との相関
図である。
熱間圧延時の割れ発生の有無と、ランタノイド及びＰの
含有量との関係を示す相関図、第２図は本願発明に係わ
るFe−Cr−Al系ステンレス鋼箔の、エンジン排気ガス中
での異常酸化発生寿命とランタノイドの含有量との相関
図である。
フロントページの続き (72)発明者 平嶋 謙治 山口県光市大字島田3434番地 新日本製鐵 株式会社光製鐵所内 (72)発明者 小林 雅明 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 平１−287253（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−42347（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】重量％で ランタノイド：箔に対して0.03％以上のCeを含み、かつ
総量0.06％超0.15％以下 P:0.03％超0.1％以下 Al:4.5％以上6.5％以下 Cr:13％以上25％以下 C:0.025％以下 N:0.02％以下で、かつ Ｃ＋N:0.03％以下 残部Fe及び不可避的不純物から成ることを特徴とする燃
焼排ガス中での耐酸性に優れた耐熱フェライト系ステン
レス鋼箔。 - 【請求項２】さらに重量％で Nb:〔（93C％/12）＋（93N％/14）〕×0.8以上 〔（93C％/12）＋（93N％/14）〕×1.5以下 を含有することを特徴とする請求項１記載の燃焼排ガス
中での耐酸性に優れた耐熱フェライト系ステンレス鋼
箔。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1306412A JPH0672287B2 (ja) | 1989-11-28 | 1989-11-28 | 燃焼排ガス中での耐酸性に優れた耐熱フェライト系ステンレス鋼箔 |
| AU63200/90A AU630234B2 (en) | 1989-11-28 | 1990-09-25 | Heat-resistant stainless steel foil for catalyst-carrier of combustion exhaust gas purifiers |
| CA002026125A CA2026125C (en) | 1989-11-28 | 1990-09-25 | Heat-resistant stainless steel foil for catalyst-carrier of combustion exhaust gas purifiers |
| US07/588,434 US5045404A (en) | 1989-03-27 | 1990-09-26 | Heat-resistant stainless steel foil for catalyst-carrier of combustion exhaust gas purifiers |
| EP90118476A EP0429793B1 (en) | 1989-11-28 | 1990-09-26 | Heat-resistant stainless steel foil for catalyst-carrier of combustion exhaust gas purifiers |
| DE69021692T DE69021692T2 (de) | 1989-11-28 | 1990-09-26 | Hitzestabile Edelstahlfolie für Katalysatorträger in Verbrennungsabgasreinigern. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1306412A JPH0672287B2 (ja) | 1989-11-28 | 1989-11-28 | 燃焼排ガス中での耐酸性に優れた耐熱フェライト系ステンレス鋼箔 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03170642A JPH03170642A (ja) | 1991-07-24 |
| JPH0672287B2 true JPH0672287B2 (ja) | 1994-09-14 |
Family
ID=17956709
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1306412A Expired - Fee Related JPH0672287B2 (ja) | 1989-03-27 | 1989-11-28 | 燃焼排ガス中での耐酸性に優れた耐熱フェライト系ステンレス鋼箔 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0429793B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0672287B2 (ja) |
| AU (1) | AU630234B2 (ja) |
| CA (1) | CA2026125C (ja) |
| DE (1) | DE69021692T2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3176403B2 (ja) * | 1991-12-20 | 2001-06-18 | 新日本製鐵株式会社 | 波付け加工用高強度ステンレス鋼箔およびその製造方法 |
| WO1993017143A1 (fr) * | 1992-02-25 | 1993-09-02 | Kawasaki Steel Corporation | Acier inoxydable ferritique a teneur elevee en chrome et en phosphore presentant une excellente resistance a la corrosion atmospherique et a la rouille |
| JPH06389A (ja) * | 1992-03-02 | 1994-01-11 | Nippon Steel Corp | 自動車触媒用高耐熱型メタル担体 |
| KR100210860B1 (ko) * | 1993-03-19 | 1999-07-15 | 아와가와 노리유기 | 내산화성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 |
| AU1133995A (en) * | 1994-02-09 | 1995-08-17 | Allegheny Ludlum Corporation | Creep resistant iron-chromium-aluminum alloy and article thereof |
| ZA95523B (en) * | 1994-02-09 | 1995-10-02 | Allegheny Ludium Corp | Creep resistant iron-chromium-aluminum alloy substantially free of molybdenum |
| FR2806940B1 (fr) * | 2000-03-29 | 2002-08-16 | Usinor | Feuillard en acier inoxydable ferritique contenant de l'aluminium, utilisable notamment pour un support de catalyseur d'echappement de vehicule automobile et procede de fabrication dudit feuillard |
| JP5544106B2 (ja) * | 2009-03-24 | 2014-07-09 | 新日鐵住金ステンレス株式会社 | 燃料電池用Ａｌ含有耐熱フェライト系ステンレス鋼およびその製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2070642A (en) * | 1980-02-28 | 1981-09-09 | Firth Brown Ltd | Ferritic iron-aluminium- chromium alloys |
| EP0246939B1 (en) * | 1986-04-21 | 1992-07-01 | Kawasaki Steel Corporation | Fe-cr-al stainless steel having high oxidation resistance and spalling resistance and fe-cr-al steel foil for catalyst substrate of catalytic converter |
| JPS6342347A (ja) * | 1986-08-06 | 1988-02-23 | Kawasaki Steel Corp | 酸化スケ−ルの耐剥離性に優れたＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金の製造方法 |
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