摩託車排氣通道部件用鍍Al鋼板及部件的製作方法

2023-05-28 22:00:16

專利名稱：：摩託車排氣通道部件用鍍Al鋼板及部件的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種摩託車的發動機排氣通道部件(例如消聲器、催化劑載體、排氣管等)所使用的紅氧化皮(赤7，一A)耐受性優異的鍍鋁鋼板、及使用了該鍍鋁鋼板的摩託車排氣通道部件。
背景技術：
：和四輪汽車相比，摩託車的發動機排氣通道短，即使消聲器等下遊部件暴露於40(TC以上的溫度的情況也不少見。最近，由於排氣限制的強化，摩託車中也正在安裝使用三元催化劑的排氣淨化裝置，但在摩託車的場合，該淨化裝置多被裝在消聲器中。從耐熱性的觀點考慮，摩託車的排氣通道部件使用SUH409L、SUS436等耐熱性鐵素體不鏽鋼。使用不鏽鋼的排氣通道部件中有時產生紅褐色的氧化皮(以下叫做"紅氧化皮")。這是排氣溫度在40070(TC且在低氧高水蒸汽氣氛下容易產生的現象。紅氧化皮產生且與冷凝水混在一起時，變成紅褐色的液體。排氣通道中的冷凝水有時和排氣一起從排氣口放出，如上所述的紅褐色液體的放出在外觀上非常令人不快。排氣通道部件中消聲器是冷凝水容易積存的部位。在通常的四輪汽車的場合，消聲器被暴露於40(TC以上的排氣的情況較少見，與消聲器內部生成的紅氧化皮相比，內部結露形成的冷凝水引起的腐蝕更容易成為問題。但是，在摩託車的場合，如上所述，由於消聲器也常被暴露於40(TC以上，因此在消聲器內生成紅氧化皮，由此引起的紅褐色的液體的放出容易成為問題。專利文獻1中，公開了一種技術，其通過事先在表面生成以Cr基氧化物為主體的氧化膜來抑制加熱器燃燒筒等中的紅氧化皮的產生。但是，由於該氧化膜抗蝕性差，需要提高鋼坯料抗蝕性的對策，招致原材料成本上升。因此，難以應用於排氣通道部件。專利文獻2、3中公開了一種利用添加了大量A1及Si的鋼來改善紅氧化皮的方法。但是，和SUH21(18Cr-3Al基耐氧化皮性良好的鋼種)相比，雖然這樣的添加高Al、Si的鋼的成形性良好，但與SUH409L、SUS410L、SUS430LX等鐵素體不鏽鋼種相比卻相當差。因此，不適合摩託車的排氣通道部件。另一方面，對不鏽鋼等含Cr鋼實施鍍A1後的鋼板顯示出良好的耐氧化性，因此正在進行汽車排氣系統部件可使用的各種鋼板的開發(專利文獻413)。專利文獻1:特開2001-240911號公報專利文獻2:特開2001-316773號公報專利文獻3:特開2003-160844號公報專利文獻4:特開平8-319543號公報專利文獻5:特開平5-112859號公報專利文獻6:特開平5-295513號公報專利文獻7:特開昭61-147866號公報專利文獻8:特開昭61-147865號公報專利文獻9:特開平7-233451號公報專利文獻10:特開昭63-47356號公報專利文獻11:特開平3-277761號公報專利文獻12:特開平7-188887號公報專利文獻13:特開平8-325691號公報
發明內容根據發明人等的研究，為了提高對不鏽鋼等含Cr鋼板的紅氧化皮產生的抵抗力(以下稱為"抗紅氧化皮性")，有效的是對其實施鍍A1。但是，發明人等在對上述公知的鍍Al鋼板詳細地進行調查時，發現在試圖將上述鋼板作為摩託車排氣通道部件廣泛實用化方面，還有應改善的問題。S卩，專利文獻4的鍍Al鋼板是使Mn等在合金層中濃化後的鍍敷鋼板，並且也不能說鍍層厚度足夠薄，所以可判斷鍍覆層(本說明書中將含有合金層的熱浸鍍覆層稱作"鍍覆層")的耐剝離性不足。專利文獻5、6的鍍敷鋼板因鍍層厚度厚，其鍍覆層的耐剝離性也不足。專利文獻7、8、10的鍍敷鋼板是通過在進行了預鍍Ni後實施鍍A1而得到的鍍敷鋼板，但採用預鍍Ni時，製造成本增大，在強烈要求成本降低的消聲器及催化劑載體等排氣通道部件中不可能簡單地採用。另外，對於在40070(TC範圍被加熱的鍍覆層的耐剝離性而言，未必能夠達到滿足其要求的水平。專利文獻9的鍍敷鋼板是通過使用在基材中必須添加稀土類元素或Y的鋼來防止1150125(TC這樣的高溫下的異常氧化的鍍敷鋼板，但在反覆加熱至40070(TC範圍、然後冷卻時，鍍覆層容易剝離。專利文獻11、12的鍍敷鋼板因鍍層厚度不夠薄，鍍覆層對於加熱至40070(TC範圍然後冷卻的耐剝離性不足。另外，專利文獻11中所記載的"紅鏽"是在常溫下腐蝕發展後的普通鋼中典型性地可見到的紅鏽，與本申請中所說的"紅氧化皮"是不同性質的物質。這樣，公知的鍍Al不鏽鋼板，基本上不能說其在400700°C溫度範圍加熱時的鍍覆層的耐剝離性是充分的。因而，當現有鍍Al不鏽鋼板應用於在40070(TC溫度範圍使用的摩託車的消聲器、催化劑載體等時，即使初期呈現出良好的抗蝕性及抗紅氧化皮性，在長期使用過程中也會產生鍍覆層的剝離，導致抗蝕性的降低及抗紅氧化皮性的降低。即，在耐久性方面存在有不穩定因素。而作為排氣部件用的鋼板還要求成形性及低溫韌性良好。另外，對於實用化而言低成本也是重要的。本發明的目的在於，提供一種廉價的鍍Al鋼板，其是用於摩託車排氣通道部件的鍍A1鋼板，具備優異的抗紅氧化皮性、成形性、低溫韌性，並且可顯著改善在40070(TC溫度範圍反覆加熱時，鍍覆層的耐剝離性。發明人等詳細研究的結果發現，通過將Al基鍍層的厚度控制為20iim以下較薄的厚度，可顯著地改善A1基鍍覆層的耐剝離性，從而完成了本發明。S卩，根據本發明，提供一種抗紅氧化皮性優異的摩託車排氣通道部件用鍍A1鋼板。其中，將以質量％計，鋼坯料的組成為C:0.02%以下、Si:1%以下、Mn:1%以下、Cr:525%、Ti:0.3X以下、N:0.02%以下，根據需要還含有選自以下元素中的一種以上Ni:0.6X以下、Nb:0.1X以下、A1:0.2X以下、Mo:3X以下、Cu:3X以下、W:3X以下、V:0.5%以下、Co:0.5X以下、B:0.01X以下，剩餘部分為Fe及不可避免的雜質的鋼板作為基材，將4所述基材浸漬於以質量^計含有Si:312%、根據情況以合計1%以下的範圍還含有11、B、Sr、Cr、Mg、Zr中的一種以上、剩餘部分由Al及不可避免的雜質構成的熱浸鍍浴中，之後提起，調節鍍敷附著量，由此，在表面形成有平均厚度320iim的鍍層。另外，根據本發明，提供一種摩託車排氣通道部件，其中，將上述的鍍敷鋼板用作原材料而構成，具有所述鍍層與排氣接觸的結構、最高使用溫度在40(TC以上。本發明的鍍A1鋼板的抗紅氧化皮性優異，並且在40070(TC溫度範圍反覆加熱時的鍍覆層的耐剝離性優異，所以適合於在該溫度範圍加熱時容易產生紅氧化皮的環境下使用的摩託車的排氣通道部件(例如消聲器部件)。另外，製造成本也可抑制在至少和通常的鍍A1不鏽鋼板同等。因而，本發明有助於摩託車的排氣通道部件的品質提高及耐久性提高。具體實施例方式將鐵素體不鏽鋼等高Cr鋼加熱到高溫時，通常會在鋼坯料表面形成Cr濃度高的氧化物(Cr基氧化物)。因該Cr基氧化物保護性高，所以，高Cr鋼比低Cr鋼通常具有良好的耐高溫氧化性。但是，已知即使這種高Cr鋼，在40070(TC溫度範圍且在低氧高水蒸汽氣氛中加熱時，在其初期氧化過程中Fe基氧化物也比Cr基氧化物更容易生成。可以認為這是因為在該溫度範圍只夠以Cr基氧化物將鋼坯料表面覆蓋的Cr不能在表面迅速擴散，在表面大量存在的Fe在低氧高水蒸汽氣氛下優先被氧化。紅氧化皮由如上所述在表面生成的Fe濃度高的氧化物構成。為了防止紅氧化皮的生成，在上述溫度及氣氛下，只要在鋼坯料表面不形成Fe基氧化物即可。作為其方法之一，有效的是實施A1基鍍敷。這種情況下，鍍層表面的A1迅速被氧化，鋼板表面被A1基氧化膜覆蓋。但是，根據發明人等的調查發現，Al基鍍覆層在反覆加熱至40070(TC溫度並冷卻時，容易從鋼坯料表面剝離。這種情況是將現有的鍍A1鋼板用於摩託車的消聲器部件等時未必顯示出良好的耐久性的主要原因。將熱浸鍍Al鋼板在40070(TC加熱時，鍍層中的Al和鋼坯料的Fe相互擴散，由此生成Fe-Al基的金屬間化合物層，在該金屬間化合物層和鋼坯料之間產生剝離。這樣一來，如鍍覆層剝離，就會由該處產生新的紅氧化皮。發明人等對防止鍍A1鋼板的鍍覆層剝離的方法詳細地進行了研究。其結果發現，將Al基鍍層的厚度減薄時，在抑制於40070(TC溫度範圍且低氧高水蒸汽氣氛下加熱時的Al基鍍覆層的剝離現象方面極其有效。這種情況下，對基材鋼板的化學組成、A1基鍍層的組成、組織狀態或合金層的組成等，不需要設定特別的限制。[Al基鍍層的厚度]具體地說，就熱浸鍍Al鋼板而言，通過將Al基鍍層的平均厚度抑制在每一面20ym以下，就可呈現出穩定、優異的耐剝離性。在此，Al基鍍層的平均厚度是不包括合金層的厚度。熱浸鍍附著量可以用眾所周知的氣體擦拭(力17，')法等進行調節，只要每一面的鍍敷附著量自身被控制在20ym以下，其一部分就會和鋼坯料反應而形成合金層，所以，所形成的Al基鍍層的平均厚度不會超過20ym。只要是可比較厚地形成合金層的操作條件，有時即使設定鍍敷附著量比20踐稍厚，也可以使鍍層的平均厚度在20iim以下。通過使Al基鍍層的平均厚度為小於15ym，可進一步提高耐剝離性。因而，每一面的Al基鍍層的平均厚度小於15iim的鍍Al鋼板，成為本發明中特別優選的對象。另一方面，從防止紅氧化皮的觀點考慮，優選A1基鍍層的厚度較厚。各種研究的結果是，在使用如後述那樣調節了組成的基材鋼板的前提下，必須確保每一面的A1基鍍層的平均厚度為3ym以上。這是由於鍍層比3ym薄時難以穩定地防止紅氧化皮的產生。更優選確保平均厚度為4iim以上，進一步優選5iim以上。[合金層的厚度]合金層比鋼坯料及鍍層都脆。因此，考慮到加工性，優選合金層的厚度較薄。在加工度低的部件用途中沒有必要特別拘泥於此，但在實施嚴格加工的情況下，優選每一面的合金層平均厚度為5iim以下，更優選4iim以下。在使用氣體擦拭法的熱浸Al基鍍敷生產線上，完全可以製造合金層厚度這麼薄的鍍敷鋼板。從鍍層厚度和合金層厚度的合計厚度來看，理想的是控制合金層的厚度，以使每一面的"A1基鍍層的平均厚度+合金層的平均厚度"為24iim以下。[Al基鍍浴的組成]Al-Si合金系中，向A1中添加Si時，液相線溫度降低，在大約12質量％Si附近成為共晶組成。本發明中使用含有3質量X以上的Si的熱浸Al基鍍浴。當成為比上述鍍浴富A1的組成時，浴溫度變高，所以，難以將合金層的平均厚度抑制在薄的厚度(例如5ym以下)。另外，浴溫度的上升也成為招致製造成本增大的主要原因。但是，Si含量超過12質量X時，A1基鍍層自身的加工性降低，容易成為問題。因而，本發明中以使用含有312質量％的Si的熱浸A1基鍍浴所製造的鍍敷鋼板為對象。在A1基鍍浴中也可以以合計lX以下的範圍含有Ti、B、Sr、Cr、Mg、Zr中的一種以上。除此之外，浴中作為不可避免的雜質含有Fe，但Fe的混入在2.5質量％以下的範圍是允許的。[基材鋼板]成為鍍敷原板的基材鋼板以含有525質量％的Cr的高Cr鋼為對象。通過實施鍍Al，抗蝕性及耐氧化性提高，所以未必需要不鏽鋼水平的Cr含量，但為了確保作為被暴露於與結露水和水蒸汽接觸的環境的摩託車排氣通道部件所要求的抗蝕性，並且確保抗紅氧化皮性，需要Cr含量至少在5質量％以上。更優選確保Cr含量為10質量％以上。抗蝕性及耐熱性伴隨Cr含量的增加而提高，但含有過量的Cr不經濟，並且是阻礙成形性及低溫韌性的主要原因，所以，基材鋼板的Cr含量被規定在25質量％以下的範圍。Ti可固定鋼中的C、N，從而實現鐵素體相的穩定化，並且是對提高低溫韌性及成形性有效的元素。為了充分發揮這些作用，優選確保Ti含量為0.05質量X以上，更優選0.1質量％以上。但是，含有過量的Ti會使鋼硬質化，反過來招致加工性及低溫韌性的降低。因而，Ti含量被限制在0.3質量％以下的範圍，更優選以0.2質量％以下的範圍添加。C、Si、Mn、N是鋼中所含的基本元素，它們的含量可以設定為C:0.02X以下、Si:lX以下、Mn:l^以下、N:0.02^以下的範圍。作為其他元素，可以含有選自以下元素中的一種以上Ni:0.6X以下、Nb:0.1X以下、A1:0.2X以下、Mo:3X以下、Cu:3X以下、W:3%以下、V:0.5%以下、Co:0.5%以下、B:0.01%以下，但這些元素的含量超過上述規定時，有時會對成形性及低溫韌性帶來不利影響。作為不可避免的雜質的P允許在0.04質量％左右、且S允許在0.03質量％左右。[製造方法]基材鋼板可以通過通常的鋼板製造工藝來製造，其製造法沒有特別規定。例如可以將經過酸洗加工的冷軋鋼板作為基材，以基材鋼板的表面被活性化的狀態浸漬在熱浸Al基鍍浴中，之後提起並調節鍍敷附著量，由此可製造本發明的熱浸鍍A1鋼板。另外，為了提高鍍敷性，可以採用實施預鍍Fe的鋼板作為基材鋼板。通過將基材鋼板以鋼帶的狀態通過連續熱浸鍍生產線，可以大量生產品質穩定的熱浸鍍A1鋼板。鍍敷條件主要是對生產線速度及擦拭條件進行控制，以使每一面鍍層的平均厚度為20m以下，除此之外，只要採用現有通常的條件即可。所得到的鍍敷鋼板經過規定的成形加工，加工成摩託車用的排氣通道部件。根據部件不同，將鍍敷鋼板供給焊接制管，然後進行成形加工。實施例熔煉表1所示的組成的鐵素體鋼種，利用通常的方法得到板厚1.2mm的冷軋退火鋼板(酸洗加工鋼板)。所有鋼種中作為不可避免雜質的P都在0.04質量％以下、S都在0.01質量％以下。將這些鋼板用作基材(鍍敷原板)，並實施各種熱浸A1基鍍敷。需要說明的是，對於No.19、29是將對冷軋退火鋼板的表面實施了預鍍Fe(2g/m2)的鋼板作為基材。另外，在所有實施例的鍍浴中，作為不可避免的雜質含有1.7質量X左右的Fe。通過用SEM(掃描型電子顯微鏡)觀察所得到的熱浸鍍A1鋼板(試樣)的截面，求出A1基鍍層的平均厚度。另外，在其過程中，也對合金層的平均厚度做了調查，結果除一部分比較例以外，全部在4iim以下。令琳-各試樣的抗紅氧化皮性、鍍覆層的耐剝離性、成形性、低溫韌性如下tableseeoriginaldocumentpage8[抗紅氧化皮性]從試樣切出25mmX35mm的試驗片，用該試驗片在如下的兩種加熱模式下實施氧化試驗。各模式下的試驗數為n=3。連續加熱在露點8(TC的氮氣氛中、在60(TC連續加熱100小時。*周期性加熱以"在露點8(TC的氮氣氛中、在60(TC加熱30分鐘(其中均熱時間為25分鐘)一空氣冷卻5分鐘"為1個周期，將這樣的加熱反覆進行500個周期。對實施了各加熱模式的試驗片，通過目視觀察調查有無紅褐色的變色。另外，測定氧化增量及氧化減量(氧化皮剝離量)。對n=3的所有試驗片，將滿足(i)沒看到紅褐色的變色、(ii)氧化增量小於0.2mg/cm2、(iii)氧化減量小於0.2mg/cm2的三個要求的試樣評價為〇(良好)，將其以外的試樣評價為X(不良)。[鍍覆層的耐剝離性]從試樣切出25mmX35mm的試驗片，使用該試驗片實施以下所示的60(TC周期性加熱及70(TC周期性加熱。各溫度下的試驗數為n=5。60(TC周期性加熱以"在露點8(TC的氮氣氛中、在60(TC加熱30分鐘(其中均熱時間為25分鐘)一空氣冷卻5分鐘"為1個周期，將這樣的加熱反覆進行1000個周期。70(TC周期性加熱以"在露點8(TC的氮氣氛中、在70(TC加熱30分鐘(其中均熱時間為25分鐘)一空氣冷卻5分鐘"為1個周期，將這樣的加熱反覆進行1000個周期。對在各溫度實施了上述加熱的試驗片，通過目視觀察調查有無鍍覆層的剝離。對各溫度5個(n=5)X2個溫度水平的總計10個試驗片全部，將沒看到鍍覆層剝離的試樣評價為〇(良好)，將其以外的試樣評價為X(不良)。另外，對在上述1000個周期的試驗中得到O(良好)評價的試樣實施同樣的60(TC周期性加熱及70(TC周期性加熱，直至達到2000個周期。2000個周期後，對各溫度5個(n=5)X2個溫度水平的總計10個試驗片全部，將沒看到鍍覆層剝離的試樣評價為◎(特別良好)。[成形性]從各試樣(板厚1.2mm的熱浸鍍Al鋼板)製作以軋制方向為長度方向的拉伸試驗片(JIS13B號)，按照n二3實施以JISZ2241為基準的拉伸試驗並測定其伸長率。將n=3的伸長率的平均值作為該試樣的伸長率。從各種實驗判斷，就板厚1.2mm的材料而言，只要伸長率在30%以上，就可以判斷具有可加工為摩託車用的排氣通道部件的良好的成形性。因而，將伸長率為30%以上的試樣評價為〇(良好)，將其以外的試樣評價為X(不良)。[低溫韌性]從各試樣(板厚1.2mm的熱浸鍍Al鋼板)以長度方向相對軋制方向成直角方向的方式切出55mmX10mm的試驗片，且在其中央部形成2mmV形缺口，由此製作帶缺口的衝擊試驗片。按照JISZ2202的定義，高度10mm、寬1.2mm、長度55mm、缺口下的高度8mm。使用該試驗片實施以JISZ2242為基準的夏比衝擊試驗，將判斷為脆性斷裂發生溫度在_75°C以下的試樣評價為O(良好)，將其以外的試樣評價為X(不良)。將這些結果示於表2、表3。表2tableseeoriginaldocumentpage10tableseeoriginaldocumentpage11下線本發明規定範圍以外從表2可知，Al基鍍層的平均厚度處於320ym的範圍的本發明例的試樣，都顯示出優異的抗紅氧化皮性及鍍覆層的耐剝離性。尤其是鍍層的平均厚度小於15ym的試樣，顯示出更加優異的耐剝離性。與此相反，作為比較例的No.51、54由於A1基鍍層的平均厚度過薄，因此抗紅氧化皮性差。No.52、53、55、56、57，由於A1基鍍層的平均厚度超過了20ym，鍍覆層的耐剝離性差。其中，由於No.57基材鋼板的Ti含量過多，低溫韌性也差。由於No.58基材鋼板的Cr含量、No.59基材鋼板的Mo含量分別過多，因此成形性及低溫韌性差。由於No.60基材鋼板的Si、Mn含量過多，因此低溫韌性差。由於No.61基材鋼板的Cr含量過少，抗紅氧化皮性差。由於No.62基材鋼板的Cu含量過多，因此成形性及低溫韌性差。權利要求一種抗紅氧化皮性優異的摩託車排氣通道部件用鍍Al鋼板，其中，將以質量％計C0.02％以下、Si1％以下、Mn1％以下、Cr5～25％、Ti0.3％以下、N0.02％以下、剩餘部分由Fe及不可避免的雜質構成的鋼板作為基材，將所述基材浸漬於以質量％計Si3～12％、剩餘部分由Al及不可避免的雜質構成的熱浸鍍浴中，之後提起，調節鍍敷附著量，由此，在表面形成平均厚度3～20μm的鍍層。2.如權利要求1所述的抗紅氧化皮性優異的摩託車排氣通道部件用鍍Al鋼板，其中，基材的鋼板還含有選自以下元素中的一種以上Ni:0.6%以下、Nb:0.1%以下、Al:0.2%以下、Mo:3X以下、Cu:3X以下、W:3X以下、V:0.5X以下、Co:0.5X以下、B:0.01%以下。3.如權利要求1或2所述的抗紅氧化皮性優異的摩託車排氣通道部件用鍍Al鋼板，其中，所述熱浸鍍浴以合計1%以下的範圍還含有Ti、B、Sr、Cr、Mg、Zr中的一種以上。4.一種最高使用溫度在400°C以上的摩託車排氣通道部件，將權利要求13中任一項所述的鍍敷鋼板用作原材料而構成，具有所述鍍層與排氣接觸的結構。全文摘要一種抗紅氧化皮性優異的摩託車排氣通道部件用鍍Al鋼板，其中，將以質量％計C0.02％以下、Si1％以下、Mn1％以下、Cr5～25％、Ti0.3％以下、N0.02％以下、此外根據需要含有選自Ni0.6％以下、Nb0.1％以下、Al0.2％以下、Mo3％以下、Cu3％以下、W3％以下、V0.5％以下、Co0.5％以下、B0.01％以下中的一種以上、剩餘部分為Fe及不可避免的雜質的鋼板作為基材，將所述基材浸漬於熱浸Al基鍍浴中，由此，在表面形成平均厚度3～20μm的熱浸鍍層。文檔編號F01N13/16GK101796208SQ20088010073公開日2010年8月4日申請日期2008年7月29日優先權日2007年7月31日發明者上野晉,中村定幸,堀芳明,奧學,服部保德申請人:日新制鋼株式會社