JPH08311602A - 耐高温塩害腐食性、加工性及び溶接特性に優れたオーステナイト鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】自動車排気系機器のうち特にフレキシブルパイ
プ用に適した材料として、路上散布融雪剤付着による耐
高温塩害腐食性を有し、同時に優れた加工性、溶接特性
も兼ね備え、かつ高価な合金成分の添加量を極力抑えた
安価なオーステナイトステンレス鋼を提供する。 【構成】重量％にて、Ｃ：０．０１〜０．０３％、Ｎ：
０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：３〜５％、Ｍｎ：１％以
下、Ｃｕ：０．５〜２％、Ｃｒ：１０〜１６％、Ｎｉ：
８〜１４％未満、を含有し、更に必要によりＮｂ、Ｔｉ
のいずれか１種または２種を合計で０．１〜１％、Ｍ
ｏ：０．５〜２％を含み、かつ下記式（１）、（２）を
満足し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特
徴とする耐高温塩害腐食性、加工性及び溶接特性に優れ
たオーステナイト鋼。 0 ≧495-460(C+N)-20Ni-13.5Cr-8Cu-9Si ・・・・・ （１） 4.5 ≦Cr+Mo+1.5Si-30(C+N)-Ni-0.5Cu ・・・・・・・ （２）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車排気系機器用材
料に係わり、特にフレキシブルパイプに適し、塩化物の
付着した状態で７００℃前後の高温環境において優れた
耐食性を有し、且つ、優れた機械特性及び溶接特性も有
する安価なオーステナイトステンレス鋼に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】自動車排気系機器はその部位によって異
なった腐食形態を示す。エキゾ−ストマニホ−ルドやフ
ロント・センタ−パイプ等には耐高温酸化、マフラ−に
は排気ガス冷却に伴う凝結液に対する耐食性、フレキシ
ブルパイプには冬期の融雪対策として路上に散布される
岩塩に対する耐高温塩害腐食性が要求され、各部位毎に
特性の異なった材料が適用されている。

【０００３】フレキシブルパイプには、ＳＵＳ- ＸＭ１
５Ｊ１に代表されるように、耐高温塩害腐食性の観点か
らＳｉ含有量を高めたオーステナイトステンレス鋼を使
用する場合が多い。特公昭５７−１６１８７号公報及び
特公昭５８−４２２６４号公報には、Ｓ含有量を０．０
０３％以下に低減し、耐高温腐食性を改善したオーステ
ナイト鋼が開示されており、また、特公平５−７４５８
号公報には塩化物共存下での耐高温腐食性を多重回帰式
により成分限定したオーステナイトステンレス鋼が開示
されている。しかしながら、いずれも耐高温腐食性の観
点から開発されたオーステナイト鋼であり、機械的特性
ならびにその他の特性を考慮した成分設計とはなってい
ない。

【０００４】エンジンの振動を吸収する目的で取り付け
られるフレキシブルパイプは、耐高温腐食性の他に、薄
肉の電縫管に厳しいベローズ加工が施されるため良好な
溶接特性に加え、優れた冷間での成形加工性が求められ
る。これらの性能を同時に満足すると共に、自動車排気
系用材料の厳しい低コスト化要求があり、安価であるオ
ーステナイトステンレス鋼の要求が強まっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は自動車排気系
機器のうち特にフレキシブルパイプ用に適した材料とし
て、路上散布融雪剤付着による耐高温塩害腐食性を有
し、同時に優れた加工性、溶接特性も兼ね備え、かつ高
価な合金成分の添加量を極力抑えた安価なオーステナイ
トステンレス鋼を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述の塩
化物付着下での高温腐食環境で、耐高温塩害腐食性を維
持できるオーステナイトステンレス鋼の成分組成を基本
として、コスト上昇を招く成分元素低減とフレキシブル
パイプに使用される鋼に要求される機械特性や溶接特性
を改善するために実験、研究を重ねた結果下記の知見を
得るに至った。

【０００７】Ａ）融雪塩付着下での耐高温腐食性改善に
は、低Ｃｒ化すると共に、鋼中Ｃ量を低減し、Ｓｉを多
量添加することにより従来鋼以上の耐食性が得られるこ
と。

【０００８】Ｂ）低コスト化を図るため、Ｃｒ、Ｎｉ等
の合金元素を極力低減した鋼は、準安定オーステナイト
ステンレス域に近づき、加工時にマルテンサイト変態を
起こし易く、この変態が起こると鋼は加工硬化し加工性
は低下する。しかし、特定値以上のオーステナイト相安
定度を確保すると、フレキシブルパイプ加工（ベローズ
加工）に必要な常温加工性が得られること。

【０００９】Ｃ）低Ｃｒにすると、溶接割れを防止する
のに必要な少量のδ−フェライトが溶接部に生成しにく
くなるが、適量のδ−フェライトを得るための条件式が
存在すること。その式によりδ−フェライト量を制御す
ることにより、低Ｃｒオーステナイト鋼であっても溶接
高温割れが生じなくなり、フレキシブルパイプに必要な
溶接特性が得られること。

【００１０】本発明は、このような知見に基きなされた
もので、その要旨とするところは、「重量％にて、Ｃ：
０．０１〜０．０３％、Ｎ：０．０２〜０．１５％、Ｓ
ｉ：３〜５％、Ｍｎ：１％以下、Ｃｕ：０．５〜２％、
Ｃｒ：１０〜１６％、Ｎｉ：８〜１４％未満、を含有
し、更に必要によりＮｂ、Ｔｉのいずれか１種または２
種を合計で０．１〜１％、Ｍｏ：０．５〜２％を含み、
かつ下記式（１）、（２）を満足し、残部Ｆｅ及び不可
避的不純物からなることを特徴とする耐高温塩害腐食
性、加工性及び溶接特性に優れたオーステナイト鋼。

【００１１】 0 ≧495-460(C+N)-20Ni-13.5Cr-8Cu-9Si ・・・・・ （１） 4.5 ≦Cr+Mo+1.5Si-30(C+N)-Ni-0.5Cu ・・・・・・・ （２）
」にある。

【００１２】

【作用】以下、本発明鋼の構成成分の含有割合、式を限
定した理由を具体的に説明する。

【００１３】（１）成分組成 Ｃ：鋼中のＣは、塩化物付着下の高温腐食に対し、著し
く有害な元素である。その理由は、高温加熱されると結
晶粒界にＣｒ炭化物が析出し、粒界侵食を著しく進行さ
せるためである。従って、粒界腐食を防止するため上限
を０．０３％以下とするが、鋼の強度維持の観点より下
限を０．０１％と限定した。

【００１４】Ｎ：鋼中のＮは、オーステナイト相安定元
素であると同時に鋼の高温強度を上昇させる効果があ
り、積極的に添加する。その効果を得るためには少なく
とも０．０２％を必要とするため下限を０．０２％とす
る。ただし、添加量が多くなると鋼が硬質化し、加工性
が低下するので、上限を０．１５％とする。

【００１５】Ｓｉ：鋼中Ｓｉは、耐酸化性向上にも有効
であるが、特に塩化物付着環境での耐高温腐食に対して
３％以上の量で優れた効力を発揮する。その含有量増加
に従い、耐高温塩害特性は向上する。その理由は、表面
スケール下部にＳｉ主体の酸化スケールを形成し、付着
塩の侵入を防止するためと考えられる。一方、５％を越
えると鋼が必要以上に硬くなり、加工性及び溶接性が低
下し、ベローズ加工が困難になることから、Ｓｉの含有
量は３％以上５％以下と限定した。

【００１６】Ｍｎ：鋼中Ｍｎは、有効な脱酸元素である
と共にオーステナイト相安定化元素であり加工性改善に
有効である。しかしながら、塩化物付着環境下の高温腐
食には有害な元素であり、１％を超えると腐食が著しく
なるので上限を１％とした。

【００１７】Ｃｕ：鋼中Ｃｕは、Ｍｎと同様にオーステ
ナイト相安定化元素であり加工性改善に有効である。ま
た、塩化物付着下の耐高温腐食性を向上させる効果もあ
るため積極的に添加する。その効果は０．５％以上で認
められるが、２％を超えると溶接性及び熱間加工性を劣
化させるため含有量を０．５〜２％とした。

【００１８】Ｃｒ：Ｃｒは、ステンレス鋼の耐食性を決
定する重要な元素であるが、塩化物付着下での高温腐食
に有害な元素である。その理由は、ＣｒやＣｒ酸化物が
塩化物と反応し、保護性のないクロム酸塩を形成するこ
とと、遊離した塩素が粒界を侵食するためと考えられ
る。しかしながら、耐高温酸化性や常温近傍の塩害腐食
を考慮すると、１０％以上の添加が必要であるため下限
を１０％とする。一方、１６％を超えると、塩化物付着
下での耐高温腐食性が劣化すると共に、高価にもなるた
め上限を１６％とする。

【００１９】Ｎｉ：Ｎｉは、オーステナイト相安定には
欠かせない元素であり、少なくとも８％が必要である。
一方高価な元素であり、塩化物付着下での高温腐食性に
は大きな影響を与えないため、その上限を１４％未満と
する。

【００２０】Ｎｂ、Ｔｉ：鋼中Ｎｂ、Ｔｉは、高温加熱
や溶接時に生成するＣｒ炭化物を抑制する効果があり、
塩化物付着下での耐高温腐食性を改善する。また、高温
強度を上昇させる効果もあるので、必要に応じ添加す
る。しかし、添加量が多くなると硬質化し、加工性が低
下するので、合計１％以下と限定する。

【００２１】Ｍｏ：Ｍｏは、塩化物付着環境での耐高温
腐食性に有効な元素で、高温強度も上昇させる効果があ
り、必要に応じて添加する。添加効果を得るためには
０．５％以上が必要となるが、高価な元素であるため、
上限を２％とする。

【００２２】 （２）0 ≧495-460(C+N)-20Ni-13.5Cr-8Cu-9Si 現在、自動車排気系フレキシブルパイプ部用材料は、厳
しいベローズ加工を施されるため、引張り試験で６０％
以上の伸び率が必要とされている。本発明者らは、耐高
温塩害腐食性を維持する成分はそのままに、低コスト化
のため極力他の合金元素を減らし、加工性との関連を検
討した。その結果、オーステナイト相安定度と各種成分
の影響を多重回帰分析により上記の式を得た。そして、
この式が０以下となると、６０％以上の伸び値が確保さ
れ優れた加工性を示すことを見いだした。すなわち、上
記各種構成成分範囲とこの式を満たすと、塩化物付着下
での耐高温腐食性に優れると同時に良好な加工性を併せ
もつオーステナイトステンレス鋼が得られる。

【００２３】 （３）4.5 ≦Cr+Mo+1.5Si-30(C+N)-Ni-0.5Cu 自動車排気系用材料には多くの溶接部が存在するため、
フレキシブルパイプ用材料も優れた溶接特性が要求され
る。オーステナイトステンレス鋼では、溶接部に少量の
δ−フェライト量を含むと、溶接金属の高温割れを防止
でき、良好な溶接特性を得ることができる。δ−フェラ
イトが高温割れを防止する理由は、フェライトの方が有
害な不純物や元素に対する固溶限が大きく、偏析が減り
粒界が強くなるためと考えられている。低Ｃｒ、低Ｎｉ
オーステナイト鋼において溶接部に適量なδ−フェライ
ト量が得られるよう多重回帰分析を行った結果この式を
得るに至った。この式で表されるδ値を４．５以上とす
ることにより、良好な溶接特性を付与することができ
る。

【００２４】次に、実施例によって本発明の作用効果を
さらに具体的に説明する。

【００２５】

【実施例】表１に示す成分組成を有するオーステナイト
ステンレス鋼を鋳込み、鋳込み後各インゴットを鍛造
し、次いで、１２００℃で熱間圧延を行った。さらに、
このようにして得られた熱延板を焼鈍後空冷した後、厚
さ１ｍｍまで冷間圧延し、１０８０℃で仕上げ焼鈍を実
施後、試験片に加工した。試験片は、高温塩害腐食試験
用として幅２０ｍｍ×長さ２５ｍｍの大きさに加工し、
機械的特性調査用としては引張試験片ＪＩＳ１３Ｂ号を
鋼板の圧延方向より採取・加工した。表１には、式で与
えられるオーステナイト相安定度及びδ値も併せて示し
た。

【００２６】

【表１】

【００２７】まず、高温塩害腐食試験を下記に示すよう
な条件で実施し、試験結果を表１に示した。なお、試験
片の高温加熱温度は７００℃に設定し、乾式高温腐食の
環境とした。腐食度は、板厚減少量に粒界侵食量を加え
た全侵食量で示した。表１より明かなように、本発明鋼
の全侵食量は２００μｍ以下となり、従来鋼であるＩ、
Ｊ鋼と比べ、優れた耐高温腐食性を有している。

【００２８】＜高温塩害試験条件＞700 ℃加熱×110 分
→冷却×5 分→ 5%NaCl 溶液中浸漬×20分→ 50 ℃乾燥
×25分、の工程の６０回繰り返し。

【００２９】図１は、表１中の鋼２、４、Ｅ、Ｉについ
て、Ｓｉ含有量と全侵食量との関係図にしたものであ
る。Ｓｉ量が３％以上で耐食性が向上していることがわ
かる。

【００３０】図２は、表１中の鋼１、Ｂ、Ｃ、Ｉについ
て、Ｃｒ含有量と全侵食量との関係を図にしたものであ
る。同図より明かなように、Ｃｒ量が１６％以下で耐食
性が向上している。

【００３１】次に、常温及び７００℃での引張試験を実
施し、常温での引張試験では０．２％耐力と伸び率を測
定し、高温引張試験では引張強度を測定した。その結果
を表２示す。

【００３２】

【表２】

【００３３】図３は、表１で示した常温引張試験結果
を、伸び率とオーステナイト安定度との関係を図に表し
たものである。同図より明かなように、オーステナイト
安定度が０を越えると加工硬化度が大きく、伸び率が著
しく減少する。しかし、本発明の範囲の０以下であれば
６０％以上の安定した伸び値が得られる。

【００３４】７００℃における高温引張試験結果は、本
発明の１、３、４鋼では従来鋼であるＪ鋼と同等の高温
強度である。ただし、５、６、７、９、１０鋼のＮｂ、
Ｍｏ添加鋼では高温強度が上昇しており、従来鋼以上の
耐高温疲労性が要求される場合、適量添加するのがよ
い。

【００３５】次に、第１表に示すオーステナイトステン
レス鋼のうち、式（２）で示されるδ値が異なる鋼（１
〜５、Ｂ）について、溶接部の高温割れ性を調査するた
め、トランスバレストレイン試験を実施した。試験は、
厚さ１ｍｍの冷延鋼板を半径５０ｍｍの円状に外的拘束
により曲げを与えた状態にして０．４％の歪を与え、Ｔ
ＩＧなめを行い、最大割れ長さで評価した。ＴＩＧ溶接
条件は20A ×10V ／60cm／分、200J／cmである。

【００３６】図４は、溶接割れ試験結果を、δ値と割れ
との関係を図にしたものである。δ値が４．５を越える
本発明鋼は０．４ｍｍ以下の割れ長さであり、良好な溶
接特性を示している。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明鋼は自動車
排気系フレキシブルパイプに用いても、従来鋼以上の優
れた耐食性を示す上、フレキシブルパイプ加工に要求さ
れる特性をも十分に満足することができ、しかも従来鋼
より安価な材料を提供できる等、自動車の更なる耐久性
改善に寄与でき、産業上有用な効果がもたされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｓｉ含有量と全侵食量との関係を示す図であ
る。

【図２】Ｃｒ含有量と全侵食量との関係を示す図であ
る。

【図３】常温引張試験結果の、伸び率とオーステナイト
安定度との関係を示す図である。

【図４】トランスバレストレイン試験結果のδ値と割れ
との関係を示す図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％にて、Ｃ：０．０１〜０．０３％、
   Ｎ：０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：３〜５％、Ｍｎ：１
   ％以下、Ｃｕ：０．５〜２％、Ｃｒ：１０〜１６％、Ｎ
   ｉ：８〜１４％未満、を含有し、かつ下記式（１）、
   （２）を満足し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる
   ことを特徴とする耐高温塩害腐食性、加工性及び溶接特
   性に優れたオーステナイト鋼。 0 ≧495-460(C+N)-20Ni-13.5Cr-8Cu-9Si ・・・・・ （１） 4.5 ≦Cr+Mo+1.5Si-30(C+N)-Ni-0.5Cu ・・・・・・・ （２）
2. 【請求項２】請求項１記載の鋼に、更に、Ｎｂ、Ｔｉの
   いずれか１種または２種を合計で０．１〜１％含有させ
   たことを特徴とする耐高温塩害腐食性、加工性及び溶接
   特性に優れたオーステナイト鋼。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の鋼に、更に、Ｍｏ
   を０．５〜２％含有させたことを特徴とする耐高温塩害
   腐食性、加工性及び溶接特性に優れたオーステナイト
   鋼。