高温強度に優れた二輪車排ガス経路部材用Ａｌ系めっき鋼板および部材
【課題】優れた耐赤スケール性、めっき被覆層の耐剥離性、成形性、低温靭性を具備した安価で高温強度の高いＡｌ系めっき鋼板を提供する。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０.０２％以下、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｃｒ：５〜２５％、Ｎｂ：０.１超え〜１％、Ｔｉ：０.３％以下、Ｎ：０.０２％以下であり、さらに必要に応じてＮｉ：０.６％以下、Ａｌ：０.２％以下、Ｍｏ：３％以下、Ｃｕ：３％以下、Ｗ：３％以下、Ｖ：０.５％以下、Ｃｏ：０.５％以下、Ｂ：０.０１％以下の１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物である鋼板を基材とし、前記基材を溶融Ａｌ系めっき浴に浸漬することにより、平均厚さ３〜２０μｍの溶融めっき層を表面に形成した高温強度・耐赤スケール性に優れた二輪車排ガス経路部材用Ａｌ系めっき鋼板。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０.０２％以下、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｃｒ：５〜２５％、Ｎｂ：０.１超え〜１％、Ｔｉ：０.３％以下、Ｎ：０.０２％以下であり、さらに必要に応じてＮｉ：０.６％以下、Ａｌ：０.２％以下、Ｍｏ：３％以下、Ｃｕ：３％以下、Ｗ：３％以下、Ｖ：０.５％以下、Ｃｏ：０.５％以下、Ｂ：０.０１％以下の１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物である鋼板を基材とし、前記基材を溶融Ａｌ系めっき浴に浸漬することにより、平均厚さ３〜２０μｍの溶融めっき層を表面に形成した高温強度・耐赤スケール性に優れた二輪車排ガス経路部材用Ａｌ系めっき鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二輪車のエンジン排ガス経路部材（例えばマフラー、触媒担持体、エキゾーストパイプなど）に使用する高温強度および耐赤スケール性に優れたアルミニウム系めっき鋼板、並びにそれを用いた二輪車排ガス経路部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
二輪車のエンジン排ガス経路は、四輪車と比べ短く、マフラー等の下流部材でも４００℃以上の温度に曝されることが珍しくない。最近では排気ガス規制の強化から二輪車にも三元触媒を用いた排ガス浄化装置が搭載されつつあるが、その浄化装置は二輪車の場合、マフラーの中に装着されることが多い。二輪車の排ガス経路部材には、耐熱性の観点からＳＵＨ４０９ＬやＳＵＳ４３６等の耐熱性フェライト系ステンレス鋼が使用されている。
【０００３】
ステンレス鋼を使用した排ガス経路部材では、赤褐色のスケール（以下「赤スケール」という）が発生することがある。これは排ガス温度が４００〜７００℃であり、かつ低酸素高水蒸気雰囲気で生じやすい現象である。赤スケールが発生し、それが凝結水と混ざると、赤褐色の液体となる。排ガス経路中の凝結水は排ガスとともに排気口から放出されることがあるが、上記のような赤褐色の液体の放出は外観上非常に好ましくない。
【０００４】
排ガス経路部材の中でマフラーは凝結水が溜まりやすい部位である。一般的な四輪車の場合、マフラーが４００℃以上の排ガスに曝されることは稀であり、マフラー内部に生成する赤スケールよりも、内部に結露する凝結水に起因した腐食が問題となりやすい。ところが二輪車の場合、前述のようにマフラーでも４００℃以上に曝されることが多いため、マフラー内に赤スケールが生成し、それに起因した赤褐色の液体の放出が問題となりやすい。
【０００５】
特許文献１には、予めＣｒ系酸化物を主体とする酸化皮膜を表面に生成させることによってストーブ燃焼筒等における赤スケールの発生を抑制する技術が開示されている。しかし、その酸化皮膜は耐食性に劣るため鋼素地の耐食性を向上させる対策が必要となり、素材コストの上昇を招く。このため、排ガス経路部材への適用は困難である。特許文献２、３には、ＡｌやＳｉを多量に添加した鋼により赤スケールを改善する手法が開示されている。しかし、このような高Ａｌ、Ｓｉ添加鋼の成形性は、ＳＵＨ２１（１８Ｃｒ−３Ａｌ系の耐スケール性が良好な鋼種）と比較すると良好であるが、ＳＵＨ４０９Ｌ、ＳＵＳ４１０Ｌ、ＳＵＳ４３０ＬＸ等のフェライト系ステンレス鋼種よりはかなり劣る。このため、二輪車の排ガス経路部材には適さない。
【０００６】
一方、ステンレス鋼等のＣｒ含有鋼にＡｌ系めっきを施した鋼板は、良好な耐酸化性を示すことから、自動車排気系部材に使用可能な種々のものが開発されている（特許文献４〜１３）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２４０９１１号公報
【特許文献２】特開２００１−３１６７７３号公報
【特許文献３】特開２００３−１６０８４４号公報
【特許文献４】特開平８−３１９５４３号公報
【特許文献５】特開平５−１１２８５９号公報
【特許文献６】特開平５−２９５５１３号公報
【特許文献７】特開昭６１−１４７８６６号公報
【特許文献８】特開昭６１−１４７８６５号公報
【特許文献９】特開平７−２３３４５１号公報
【特許文献１０】特開昭６３−４７３５６号公報
【特許文献１１】特開平３−２７７７６１号公報
【特許文献１２】特開平７−１８８８８７号公報
【特許文献１３】特開平８−３２５６９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
発明者らの検討によれば、ステンレス鋼等のＣｒ含有鋼板の赤スケール発生に対する抵抗力（以下「耐赤スケール性」という）を向上させるためにはＡｌ系めっきを施すことが有効である。しかしながら、発明者らが上記公知のＡｌ系めっき鋼板について詳細に調査したところ、これらは二輪車排ガス経路部材として広く実用化を図るうえで、改善すべき問題を有していることがわかった。
【０００９】
すなわち、特許文献４のＡｌ系めっき鋼板は、合金層にＭｎ等を濃化させたものであり、まためっき層厚さも十分に薄いとは言えないため、めっき被覆層（本明細書では合金層を含んだ溶融めっき被覆層を「めっき被覆層」と呼ぶ）の耐剥離性が不十分であると判断された。特許文献５、６のめっき鋼板は、めっき層厚さが厚いので、これもめっき被覆層の耐剥離性が不足する。特許文献７、８、１０のめっき鋼板は、Ｎｉ等のプレめっきを行った後にＡｌ系めっきを施すことによって得られるものであるが、そのような工程を採用すると製造コストが増大し、コストダウンが強く求められるマフラーや触媒担持体等の排ガス経路部材には容易に採用するわけにいかない。また、４００〜７００℃域に加熱される場合のめっき被覆層の耐剥離性については、必ずしも満足できるレベルにない。特許文献９のめっき鋼板は、基材に希土類元素またはＹを必須添加した鋼を使用することによって１１５０〜１２５０℃という高温での異常酸化を防止したものであるが、めっき層と基材との密着性が不十分であるため４００〜７００℃域への加熱・冷却を繰り返すとめっき被覆層が剥離しやすい。特許文献１１、１２のめっき鋼板は、めっき層厚さが十分に薄くないので、４００〜７００℃域への加熱・冷却に対するめっき被覆層の耐剥離性が不十分である。なお、特許文献１１に記載される「赤錆」は常温下で腐食が進行した普通鋼に典型的に見られる赤錆であり、本願でいう「赤スケール」とは異質のものである。
【００１０】
このように、公知のＡｌ系めっきステンレス鋼板は、基本的に４００〜７００℃の温度域に加熱した場合のめっき被覆層の耐剥離性が十分とは言えない。したがって、従来のＡｌ系めっきステンレス鋼板は、４００〜７００℃の温度域で使用される二輪車のマフラー、触媒担持体などに適用すると、初期には良好な耐食性および耐赤スケール性を呈しても、長期間使用している間にめっき被覆層の剥離が生じ、耐食性の低下や耐赤スケール性の低下を招くようになる。つまり耐久性の点で不安要因を抱えている。一方、排ガス規制の強化から二輪車にも排ガス浄化触媒を搭載する車種が増加している。触媒を搭載すれば反応により排ガス温度が上昇し、マフラー等の排ガス経路部材は一層高温に曝されることになる。したがって、二輪車の排ガス経路部材には従来にも増して高温強度の高い材料の適用が望まれるようになってきた。また、排ガス部材用の鋼板としては成形性や低温靭性が良好であることも要求される。さらに、低コストであることも実用化にとって重要である。
【００１１】
本発明は、二輪車排ガス経路部材に用いるためのＡｌ系めっき鋼板であって、優れた耐赤スケール性、成形性、低温靭性を具備し、かつ４００〜７００℃の温度域に繰り返し加熱した際には、めっき被覆層の耐剥離性が顕著に改善される、安価で高温強度の高いＡｌ系めっき鋼板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
発明者らは詳細な検討の結果、Ａｌ系めっき層の厚さを２０μｍ以下に薄くコントロールすることによってＡｌ系めっき被覆層の耐剥離性が顕著に改善されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
すなわち本発明は、鋼素地の組成が質量％で、Ｃ：０.０２％以下、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｃｒ：５〜２５％、Ｎｂ：０.１超え〜１％、Ｔｉ：０.３％以下、Ｎ：０.０２％以下であり、さらに必要に応じてＮｉ：０.６％以下、Ａｌ：０.２％以下、Ｍｏ：３％以下、Ｃｕ：３％以下、Ｗ：３％以下、Ｖ：０.５％以下、Ｃｏ：０.５％以下、Ｂ：０.０１％以下の１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物である鋼板を基材とし、
前記基材を、質量％で、Ｓｉ：３〜１２％を含有し、場合によってはさらにＴｉ、Ｂ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｒの１種以上を合計１％以下の範囲で含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなる溶融めっき浴に浸漬したのち引き上げ、めっき付着量を調整することにより、平均厚さ３〜２０μｍの溶融めっき層を表面に形成した耐赤スケール性に優れた二輪車排ガス経路部材用Ａｌ系めっき鋼板が提供される。
【００１４】
また本発明では、上記のめっき鋼板を素材に用いて構成され、前記めっき層が排ガスと接触する構造を有する、最高使用温度が４００℃以上の二輪車排ガス経路部材が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のＡｌ系めっき鋼板は、耐赤スケール性に優れるとともに、４００〜７００℃の温度域に繰り返し加熱された場合におけるめっき被覆層の耐剥離性に優れるので、当該温度域に加熱されて赤スケールの生じやすい環境で使用される二輪車の排ガス経路部材（例えばマフラー部材）に好適である。高温強度の高い基材鋼板を使用しているので排ガス経路部材の設計自由度が拡大し、この点は排ガス浄化触媒を搭載して排ガス温度が上昇する車種において特に有利となる。また製造コストも一般的なＡｌめっきステンレス鋼板と同等以下に抑えられる。したがって本発明は、二輪車の排ガス経路部材の品質向上、耐久性向上および設計自由度の向上に寄与しうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
フェライト系ステンレス鋼等の高Ｃｒ鋼を高温に加熱すると、一般にＣｒ濃度の高い酸化物（Ｃｒ系酸化物）が鋼素地表面に形成される。このＣｒ系酸化物は保護性が高いので、高Ｃｒ鋼は低Ｃｒ鋼に比べ一般的に良好な耐高温酸化性を有する。ところが、このような高Ｃｒ鋼であっても、４００〜７００℃の温度域で、かつ低酸素高水蒸気雰囲気に加熱した場合には、その初期酸化過程においてＣｒ系酸化物よりもＦｅ系酸化物が生成されやすいことがわかっている。これは、当該温度域では鋼素地表面をＣｒ系酸化物で覆うに足るだけのＣｒが表面に迅速に拡散することができず、むしろ表面に多量に存在するＦｅの方が低酸素高水蒸気雰囲気下では優先的に酸化されるためであると考えられる。赤スケールは、上記のようにして表面に生成するＦｅ濃度の高い酸化物によって構成される。
【００１７】
赤スケールの生成を防止するには、上記温度および雰囲気において、鋼素地表面にＦｅ系酸化物が形成されないようにすればよい。その一手段として、Ａｌ系めっきを施すことが有効である。この場合、めっき層表面のＡｌが迅速に酸化され、鋼板表面はＡｌ系酸化皮膜で覆われる。
【００１８】
しかしながら、発明者らの調査によると、Ａｌ系めっき被覆層は、４００〜７００℃の温度への加熱および冷却を繰り返すと、鋼素地表面から剥離しやすいことがわかった。このことが従来のＡｌ系めっき鋼板を二輪車のマフラー部材等に使用した場合に必ずしも良好な耐久性を示さない大きな要因になっている。溶融Ａｌ系めっき鋼板を４００〜７００℃に加熱すると、めっき層中のＡｌと鋼素地のＦｅが相互拡散することによりＦｅ−Ａｌ系の金属間化合物層が生成し、この金属間化合物層と鋼素地の間で剥離が生じる。このようにしてめっき被覆層が剥離すると、そこから新たに赤スケールが発生するようになる。
【００１９】
発明者らはＡｌ系めっき鋼板のめっき被覆層剥離を防止する手法について詳細に検討を行ってきた。その結果、Ａｌ系めっき層の厚さを薄くすることが、４００〜７００℃の温度域で、かつ低酸素高水蒸気雰囲気に加熱した場合のＡｌ系めっき被覆層の剥離現象を抑止する上で極めて有効であることを見出した。この場合、Ａｌ系めっき層の組成・組織状態、あるいは合金層の組成等に特別の規制を設ける必要はない。
【００２０】
〔Ａｌ系めっき層の厚さ〕
具体的には、溶融Ａｌ系めっき鋼板において、Ａｌ系めっき層の平均厚さを片面当たり２０μｍ以下に抑えることにより、安定して優れた耐剥離性を呈するようになる。ここで、Ａｌ系めっき層の平均厚さは、合金層を含まない厚さである。溶融めっき付着量は周知のようにガスワイピング法等により調整できるが、片面当たりのめっき付着量そのものが２０μｍ以下になるようにコントロールすれば、その一部は鋼素地と反応して合金層となるので、形成されるＡｌ系めっき層の平均厚さが２０μｍを超えることはない。合金層が比較的厚めに形成される操業条件であれば、めっき付着量を２０μｍより多少厚めに設定しても、めっき層の平均厚さを２０μｍ以下とすることができる場合がある。Ａｌ系めっき層の平均厚さを１５μｍ未満とすることにより、耐剥離性は一段と向上する。したがって、片面当たりのＡｌ系めっき層の平均厚さが１５μｍ未満であるものは、本発明において特に好ましい対象となる。
【００２１】
一方、赤スケールを防止する観点からは、Ａｌ系めっき層の厚さは厚いほど好ましい。種々検討の結果、後述のように組成調整された基材鋼板を使用した上で、片面当たりのＡｌ系めっき層の平均厚さを３μｍ以上を確保する必要がある。それよりめっき層が薄くなると赤スケールの発生を安定して防止することが難しくなる。４μｍ以上の平均厚さを確保することがより好ましく、５μｍ以上とすることが一層好ましい。
【００２２】
〔合金層の厚さ〕
合金層は、鋼素地やめっき層に比べて脆い。このため、合金層の厚さは加工性を考慮すると薄い方が好ましい。加工度の低い部材用途では特にこだわる必要はないが、厳しい加工を施す場合には片面当たりの合金層平均厚さは５μｍ以下であることが好ましく、４μｍ以下であることがより好ましい。ガスワイピング法を用いた溶融Ａｌ系めっきラインにおいて、このような薄い合金層厚さのものを製造することが十分可能である。めっき層厚さと合金層厚さの合計厚さで見ると、片面当たりの「Ａｌ系めっき層の平均厚さ＋合金層の平均厚さ」が２４μｍ以下になるように合金層厚さをコントロールすることが望ましい
【００２３】
〔Ａｌ系めっき浴の組成〕
Ａｌ−Ｓｉ合金系では、ＡｌにＳｉを添加していくと液相線温度が低下し、約１２質量％Ｓｉ付近で共晶組成となる。本発明では３質量％以上のＳｉを含有する溶融Ａｌ系めっき浴を使用する。それよりＡｌリッチの組成になると浴温が高くなるので、合金層の平均厚さを薄く（例えば５μｍ以下に）抑制することが難しくなる。また、浴温の上昇は製造コストの増大を招く要因にもなる。ただし、Ｓｉ含有量が１２質量％を超えるとＡｌ系めっき層自体の加工性が低下し、問題となりやすい。したがって、本発明では３〜１２質量％のＳｉを含有する溶融Ａｌ系めっき浴を使用して製造されるめっき鋼板を対象とする。
【００２４】
Ａｌ系めっき浴中には、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｒの１種以上が合計１％以下の範囲で含有されていて構わない。その他、浴中には不可避的不純物としてＦｅが含まれるが、Ｆｅの混入は２.５質量％以下の範囲で許容される。
【００２５】
〔基材鋼板〕
めっき原板となる基材鋼板は、Ｃｒを５〜２５質量％含有する高Ｃｒ鋼が対象となる。Ａｌ系めっきを施すことによって耐食性および耐酸化性が向上することから、必ずしもステンレス鋼レベルのＣｒ含有量は必要としないが、結露水や水蒸気と接触する環境に曝される二輪車排ガス経路部材として要求される耐食性を確保し、かつ耐赤スケール性を確保するためには、少なくとも５質量％以上のＣｒ含有量が必要である。１０質量％以上のＣｒ含有量を確保することがより好ましい。Ｃｒ含有量の増加に伴って耐食性および耐熱性は向上するが、過剰のＣｒ含有は不経済であり、また成形性や低温靭性を阻害する要因になるので、基材鋼板のＣｒ含有量は２５質量％以下の範囲に規定される。
【００２６】
Ｎｂは、高温強度を向上させる作用を有する。また、Ｃ、Ｎ含有量が比較的多い場合には低温靭性を改善する作用もある。これらの作用を十分に得るために本発明では０.１質量％を超えるＮｂを含有するフェライト系鋼を採用する。ただし、発明者らの研究によれば、基材鋼板に含まれるＮｂは溶融Ａｌ系めっき層の耐剥離性を阻害する要因を有していることが明らかになった。詳細な検討の結果、上述のようにＡｌ系めっき層の平均厚さを２０μｍ以下とすることを前提に、基材鋼板中のＮｂ含有量は１％まで許容できることがわかった。したがって、本発明ではＮｂを０.１超え〜１％の範囲で含有する基材鋼板を使用する。
【００２７】
Ｔｉは、鋼中のＣ、Ｎを固定し、フェライト相の安定化を図るとともに、低温靭性や成形性を高めるために有効な元素である。これらの作用を十分に引き出すためには０.０５質量％以上のＴｉ含有量を確保することが好ましく、０.１質量％以上とすることがより好ましい。しかし、過剰のＴｉ含有は鋼を硬質化し、逆に加工性および低温靭性の低下を招くことになる。したがってＴｉ含有量は０.３質量％以下の範囲に制限され、０.２質量％以下の範囲で添加することがより好ましい。
【００２８】
Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎは鋼中に含まれる基本元素であり、Ｃは０.０２質量％以下、Ｎは０.０２質量％以下の範囲とすることができる。Ｓｉ、Ｍｎの含有量が多くなると低温靭性が低下するが、本発明ではＳｉ、Ｍｎとも２質量％までの含有が許容される。その他の元素として、Ｎｉ：０.６％以下、Ａｌ：０.２％以下、Ｍｏ：３％以下、Ｃｕ：３％以下、Ｗ：３％以下、Ｖ：０.５％以下、Ｃｏ：０.５％以下、Ｂ：０.０１％以下の１種以上を含有して構わないが、これらの元素の含有量が上記規定を超えると成形性や低温靭性に悪影響を及ぼすことがある。不可避的不純物であるＰは０.１０質量％程度まで、またＳは０.０３質量％程度まで許容される。
【００２９】
〔製造方法〕
基材鋼板は、一般的な鋼板製造プロセスによって製造することができ、その製造法は特に規定されるものではない。例えば酸洗仕上の冷延鋼板を基材とすることができ、基材鋼板の表面が活性化された状態で溶融Ａｌ系めっき浴に浸漬したのち引き上げ、めっき付着量を調整することにより、本発明の溶融Ａｌ系めっき鋼板を製造することができる。また、めっき性を向上させるためにＦｅプレめっきを施したものを基材鋼板として採用することができる。基材鋼板を鋼帯の状態で連続溶融めっきラインに通板することにより、安定した品質の溶融Ａｌ系めっき鋼板を大量生産することができる。めっき条件は、めっき層の平均厚さが片面当たり２０μｍ以下になるようにライン速度やワイピング条件をコントロールすることが重要であるが、それ以外は従来一般的な条件を採用すればよい。得られためっき鋼板は、所定の成形加工を経て二輪車用の排ガス経路部材に加工される。部材によっては溶接造管に供された後、成形加工される。
【実施例】
【００３０】
表１に示す組成のフェライト系鋼種を溶製し、常法により板厚１.２ｍｍの冷延焼鈍鋼板（酸洗仕上げ材）を得た。いずれの鋼種も不可避的不純物であるＰは０.１０質量％以下、Ｓは０.０１質量％以下に収まっている。これらの鋼板を基材（めっき原板）に用いて、種々の溶融Ａｌ系めっきを施した。なお、Ｎｏ.１１、２７については冷延焼鈍鋼板の表面にＦｅプレめっき（２ｇ／ｍ2）を施したものを基材とした。また、全ての実施例のめっき浴中には不可避的不純物としてＦｅが１.７質量％程度含まれている。得られた溶融Ａｌ系めっき鋼板（供試材）の断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察することにより、Ａｌ系めっき層の平均厚さを求めた。なお、その際、合金層の平均厚さも調べた結果、一部の比較例を除き、全て４μｍ以下であった。
【００３１】
【表１】
【００３２】
各供試材について、耐赤スケール性、めっき被覆層の耐剥離性、成形性、低温靭性を以下のようにして評価した。
【００３３】
〔耐赤スケール性〕
供試材から２５ｍｍ×３５ｍｍの試験片を切り出し、これを用いて以下の２通りの加熱モードで酸化試験を実施した。試験数は各モードｎ＝３とした。
・連続加熱； 露点８０℃の窒素雰囲気中、６００℃で１００時間連続加熱する。
・サイクル加熱； 「露点８０℃の窒素雰囲気中、６００℃で３０分加熱（うち均熱時間２５分）→空冷５分」を１サイクルとし、これを５００サイクル繰り返す。
各加熱モードを実施した試験片について、目視観察により赤褐色の変色の有無を調べた。また、酸化増量および酸化減量（スケール剥離量）を測定した。ｎ＝３全ての試験片について、（i）赤褐色の変色が認められないこと、（ii）酸化増量が０.２ｍｇ／ｃｍ2未満であること、（iii）酸化減量が０.２ｍｇ／ｃｍ2未満であること、の３つをクリアした供試材を○（良好）、それ以外を×（不良）と評価した。
【００３４】
〔めっき被覆層の耐剥離性〕
供試材から２５ｍｍ×３５ｍｍの試験片を切り出し、これを用いて以下に示す６００℃サイクル加熱、および７００℃サイクル加熱を実施した。試験数は各温度ｎ＝５とした。
・６００℃サイクル加熱； 「露点８０℃の窒素雰囲気中、６００℃で３０分加熱（うち均熱時間２５分）→空冷５分」を１サイクルとし、これを１０００サイクル繰り返す。
・７００℃サイクル加熱； 「露点８０℃の窒素雰囲気中、７００℃で３０分加熱（うち均熱時間２５分）→空冷５分」を１サイクルとし、これを１０００サイクル繰り返す。
各温度で実施した試験片について、目視観察によりめっき被覆層の剥離の有無を調べた。各温度５個（ｎ＝５）×温度２水準の計１０個の試験片全てについて、めっき層の剥離が認められなかった供試材を○（良好）、それ以外を（不良）と評価した。
【００３５】
また、上記１０００サイクルの試験で○評価が得られた供試材については、同様の６００℃サイクル加熱、および７００℃サイクル加熱を２０００サイクルまで実施した。２０００サイクル後に、各温度５個（ｎ＝５）×温度２水準の計１０個の試験片全てについて、めっき被覆層の剥離が認められなかった供試材を◎（特に良好）と評価した。
【００３６】
〔成形性〕
各供試材（板厚１.２ｍｍの溶融Ａｌ系めっき鋼板）から圧延方向を長手方向とする引張試験片（ＪＩＳ １３Ｂ号）を作成し、ｎ＝３でＪＩＳ Ｚ２２４１に準拠した引張試験を実施して伸びを測定した。ｎ＝３の伸びの平均値をその供試材の伸びとした。板厚１.２ｍｍの材料において伸びが３０％以上であれば二輪車用の排ガス経路部材に加工可能な良好な成形性を具備すると判断できることが、種々の実験から判っている。したがって、伸びが３０％以上の供試材を○（良好）、それ以外を×（不良）と評価した。
【００３７】
〔低温靭性〕
各供試材（板厚１.２ｍｍの溶融Ａｌ系めっき鋼板）から長手方向が圧延方向に対して直角方向となるように５５ｍｍ×１０ｍｍの試験片を切り出し、その中央部に２ｍｍＶノッチを形成することにより、ノッチ付き衝撃試験片を作製した。ＪＩＳ Ｚ２２０２の定義によると、高さ１０ｍｍ、幅１.２ｍｍ、長さ５５ｍｍ、ノッチ下の高さ８ｍｍとなる。この試験片を用いてＪＩＳ Ｚ２２４２に準拠したシャルピー衝撃試験を実施し、脆性破断発生温度が−５０℃以下と判断された供試材を○（良好）、それ以外を×（不良）と評価した。
これらの結果を表２、表３に示す。
【００３８】
【表２】
【００３９】
【表３】
【００４０】
表２からわかるように、Ａｌ系めっき層の平均厚さが３〜２０μｍの範囲にある本発明例のものは、いずれも優れた耐赤スケール性およびめっき被覆層の耐剥離性を示した。特にめっき層の平均厚さを１５μｍ未満としたものは、一層優れた耐剥離性を呈した。
【００４１】
これに対し、比較例であるＮｏ.５２、５４はＡｌ系めっき層の平均厚さが薄すぎたことにより耐赤スケール性に劣った。Ｎｏ.５１、５３、５５、５６はＡｌ系めっき層の平均厚さが２０μｍを超えて厚かったことにより、めっき被覆層の耐剥離性に劣った。Ｎｏ.５７は基材鋼板のＮｂ含有量が高すぎたのでめっき被覆層の耐剥離性に劣った。Ｎｏ.５８、５９、６０および６２はそれぞれ基材鋼板のＣｒ、Ｔｉ、ＭｏおよびＣｕの含有量が高すぎたことにより、これらはいずれも成形性および低温靭性に劣った。Ｎｏ.６１は基材鋼板のＣｒ含有量が少なすぎたことにより耐赤スケール性に劣った。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二輪車のエンジン排ガス経路部材（例えばマフラー、触媒担持体、エキゾーストパイプなど）に使用する高温強度および耐赤スケール性に優れたアルミニウム系めっき鋼板、並びにそれを用いた二輪車排ガス経路部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
二輪車のエンジン排ガス経路は、四輪車と比べ短く、マフラー等の下流部材でも４００℃以上の温度に曝されることが珍しくない。最近では排気ガス規制の強化から二輪車にも三元触媒を用いた排ガス浄化装置が搭載されつつあるが、その浄化装置は二輪車の場合、マフラーの中に装着されることが多い。二輪車の排ガス経路部材には、耐熱性の観点からＳＵＨ４０９ＬやＳＵＳ４３６等の耐熱性フェライト系ステンレス鋼が使用されている。
【０００３】
ステンレス鋼を使用した排ガス経路部材では、赤褐色のスケール（以下「赤スケール」という）が発生することがある。これは排ガス温度が４００〜７００℃であり、かつ低酸素高水蒸気雰囲気で生じやすい現象である。赤スケールが発生し、それが凝結水と混ざると、赤褐色の液体となる。排ガス経路中の凝結水は排ガスとともに排気口から放出されることがあるが、上記のような赤褐色の液体の放出は外観上非常に好ましくない。
【０００４】
排ガス経路部材の中でマフラーは凝結水が溜まりやすい部位である。一般的な四輪車の場合、マフラーが４００℃以上の排ガスに曝されることは稀であり、マフラー内部に生成する赤スケールよりも、内部に結露する凝結水に起因した腐食が問題となりやすい。ところが二輪車の場合、前述のようにマフラーでも４００℃以上に曝されることが多いため、マフラー内に赤スケールが生成し、それに起因した赤褐色の液体の放出が問題となりやすい。
【０００５】
特許文献１には、予めＣｒ系酸化物を主体とする酸化皮膜を表面に生成させることによってストーブ燃焼筒等における赤スケールの発生を抑制する技術が開示されている。しかし、その酸化皮膜は耐食性に劣るため鋼素地の耐食性を向上させる対策が必要となり、素材コストの上昇を招く。このため、排ガス経路部材への適用は困難である。特許文献２、３には、ＡｌやＳｉを多量に添加した鋼により赤スケールを改善する手法が開示されている。しかし、このような高Ａｌ、Ｓｉ添加鋼の成形性は、ＳＵＨ２１（１８Ｃｒ−３Ａｌ系の耐スケール性が良好な鋼種）と比較すると良好であるが、ＳＵＨ４０９Ｌ、ＳＵＳ４１０Ｌ、ＳＵＳ４３０ＬＸ等のフェライト系ステンレス鋼種よりはかなり劣る。このため、二輪車の排ガス経路部材には適さない。
【０００６】
一方、ステンレス鋼等のＣｒ含有鋼にＡｌ系めっきを施した鋼板は、良好な耐酸化性を示すことから、自動車排気系部材に使用可能な種々のものが開発されている（特許文献４〜１３）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２４０９１１号公報
【特許文献２】特開２００１−３１６７７３号公報
【特許文献３】特開２００３−１６０８４４号公報
【特許文献４】特開平８−３１９５４３号公報
【特許文献５】特開平５−１１２８５９号公報
【特許文献６】特開平５−２９５５１３号公報
【特許文献７】特開昭６１−１４７８６６号公報
【特許文献８】特開昭６１−１４７８６５号公報
【特許文献９】特開平７−２３３４５１号公報
【特許文献１０】特開昭６３−４７３５６号公報
【特許文献１１】特開平３−２７７７６１号公報
【特許文献１２】特開平７−１８８８８７号公報
【特許文献１３】特開平８−３２５６９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
発明者らの検討によれば、ステンレス鋼等のＣｒ含有鋼板の赤スケール発生に対する抵抗力（以下「耐赤スケール性」という）を向上させるためにはＡｌ系めっきを施すことが有効である。しかしながら、発明者らが上記公知のＡｌ系めっき鋼板について詳細に調査したところ、これらは二輪車排ガス経路部材として広く実用化を図るうえで、改善すべき問題を有していることがわかった。
【０００９】
すなわち、特許文献４のＡｌ系めっき鋼板は、合金層にＭｎ等を濃化させたものであり、まためっき層厚さも十分に薄いとは言えないため、めっき被覆層（本明細書では合金層を含んだ溶融めっき被覆層を「めっき被覆層」と呼ぶ）の耐剥離性が不十分であると判断された。特許文献５、６のめっき鋼板は、めっき層厚さが厚いので、これもめっき被覆層の耐剥離性が不足する。特許文献７、８、１０のめっき鋼板は、Ｎｉ等のプレめっきを行った後にＡｌ系めっきを施すことによって得られるものであるが、そのような工程を採用すると製造コストが増大し、コストダウンが強く求められるマフラーや触媒担持体等の排ガス経路部材には容易に採用するわけにいかない。また、４００〜７００℃域に加熱される場合のめっき被覆層の耐剥離性については、必ずしも満足できるレベルにない。特許文献９のめっき鋼板は、基材に希土類元素またはＹを必須添加した鋼を使用することによって１１５０〜１２５０℃という高温での異常酸化を防止したものであるが、めっき層と基材との密着性が不十分であるため４００〜７００℃域への加熱・冷却を繰り返すとめっき被覆層が剥離しやすい。特許文献１１、１２のめっき鋼板は、めっき層厚さが十分に薄くないので、４００〜７００℃域への加熱・冷却に対するめっき被覆層の耐剥離性が不十分である。なお、特許文献１１に記載される「赤錆」は常温下で腐食が進行した普通鋼に典型的に見られる赤錆であり、本願でいう「赤スケール」とは異質のものである。
【００１０】
このように、公知のＡｌ系めっきステンレス鋼板は、基本的に４００〜７００℃の温度域に加熱した場合のめっき被覆層の耐剥離性が十分とは言えない。したがって、従来のＡｌ系めっきステンレス鋼板は、４００〜７００℃の温度域で使用される二輪車のマフラー、触媒担持体などに適用すると、初期には良好な耐食性および耐赤スケール性を呈しても、長期間使用している間にめっき被覆層の剥離が生じ、耐食性の低下や耐赤スケール性の低下を招くようになる。つまり耐久性の点で不安要因を抱えている。一方、排ガス規制の強化から二輪車にも排ガス浄化触媒を搭載する車種が増加している。触媒を搭載すれば反応により排ガス温度が上昇し、マフラー等の排ガス経路部材は一層高温に曝されることになる。したがって、二輪車の排ガス経路部材には従来にも増して高温強度の高い材料の適用が望まれるようになってきた。また、排ガス部材用の鋼板としては成形性や低温靭性が良好であることも要求される。さらに、低コストであることも実用化にとって重要である。
【００１１】
本発明は、二輪車排ガス経路部材に用いるためのＡｌ系めっき鋼板であって、優れた耐赤スケール性、成形性、低温靭性を具備し、かつ４００〜７００℃の温度域に繰り返し加熱した際には、めっき被覆層の耐剥離性が顕著に改善される、安価で高温強度の高いＡｌ系めっき鋼板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
発明者らは詳細な検討の結果、Ａｌ系めっき層の厚さを２０μｍ以下に薄くコントロールすることによってＡｌ系めっき被覆層の耐剥離性が顕著に改善されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
すなわち本発明は、鋼素地の組成が質量％で、Ｃ：０.０２％以下、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｃｒ：５〜２５％、Ｎｂ：０.１超え〜１％、Ｔｉ：０.３％以下、Ｎ：０.０２％以下であり、さらに必要に応じてＮｉ：０.６％以下、Ａｌ：０.２％以下、Ｍｏ：３％以下、Ｃｕ：３％以下、Ｗ：３％以下、Ｖ：０.５％以下、Ｃｏ：０.５％以下、Ｂ：０.０１％以下の１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物である鋼板を基材とし、
前記基材を、質量％で、Ｓｉ：３〜１２％を含有し、場合によってはさらにＴｉ、Ｂ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｒの１種以上を合計１％以下の範囲で含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなる溶融めっき浴に浸漬したのち引き上げ、めっき付着量を調整することにより、平均厚さ３〜２０μｍの溶融めっき層を表面に形成した耐赤スケール性に優れた二輪車排ガス経路部材用Ａｌ系めっき鋼板が提供される。
【００１４】
また本発明では、上記のめっき鋼板を素材に用いて構成され、前記めっき層が排ガスと接触する構造を有する、最高使用温度が４００℃以上の二輪車排ガス経路部材が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のＡｌ系めっき鋼板は、耐赤スケール性に優れるとともに、４００〜７００℃の温度域に繰り返し加熱された場合におけるめっき被覆層の耐剥離性に優れるので、当該温度域に加熱されて赤スケールの生じやすい環境で使用される二輪車の排ガス経路部材（例えばマフラー部材）に好適である。高温強度の高い基材鋼板を使用しているので排ガス経路部材の設計自由度が拡大し、この点は排ガス浄化触媒を搭載して排ガス温度が上昇する車種において特に有利となる。また製造コストも一般的なＡｌめっきステンレス鋼板と同等以下に抑えられる。したがって本発明は、二輪車の排ガス経路部材の品質向上、耐久性向上および設計自由度の向上に寄与しうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
フェライト系ステンレス鋼等の高Ｃｒ鋼を高温に加熱すると、一般にＣｒ濃度の高い酸化物（Ｃｒ系酸化物）が鋼素地表面に形成される。このＣｒ系酸化物は保護性が高いので、高Ｃｒ鋼は低Ｃｒ鋼に比べ一般的に良好な耐高温酸化性を有する。ところが、このような高Ｃｒ鋼であっても、４００〜７００℃の温度域で、かつ低酸素高水蒸気雰囲気に加熱した場合には、その初期酸化過程においてＣｒ系酸化物よりもＦｅ系酸化物が生成されやすいことがわかっている。これは、当該温度域では鋼素地表面をＣｒ系酸化物で覆うに足るだけのＣｒが表面に迅速に拡散することができず、むしろ表面に多量に存在するＦｅの方が低酸素高水蒸気雰囲気下では優先的に酸化されるためであると考えられる。赤スケールは、上記のようにして表面に生成するＦｅ濃度の高い酸化物によって構成される。
【００１７】
赤スケールの生成を防止するには、上記温度および雰囲気において、鋼素地表面にＦｅ系酸化物が形成されないようにすればよい。その一手段として、Ａｌ系めっきを施すことが有効である。この場合、めっき層表面のＡｌが迅速に酸化され、鋼板表面はＡｌ系酸化皮膜で覆われる。
【００１８】
しかしながら、発明者らの調査によると、Ａｌ系めっき被覆層は、４００〜７００℃の温度への加熱および冷却を繰り返すと、鋼素地表面から剥離しやすいことがわかった。このことが従来のＡｌ系めっき鋼板を二輪車のマフラー部材等に使用した場合に必ずしも良好な耐久性を示さない大きな要因になっている。溶融Ａｌ系めっき鋼板を４００〜７００℃に加熱すると、めっき層中のＡｌと鋼素地のＦｅが相互拡散することによりＦｅ−Ａｌ系の金属間化合物層が生成し、この金属間化合物層と鋼素地の間で剥離が生じる。このようにしてめっき被覆層が剥離すると、そこから新たに赤スケールが発生するようになる。
【００１９】
発明者らはＡｌ系めっき鋼板のめっき被覆層剥離を防止する手法について詳細に検討を行ってきた。その結果、Ａｌ系めっき層の厚さを薄くすることが、４００〜７００℃の温度域で、かつ低酸素高水蒸気雰囲気に加熱した場合のＡｌ系めっき被覆層の剥離現象を抑止する上で極めて有効であることを見出した。この場合、Ａｌ系めっき層の組成・組織状態、あるいは合金層の組成等に特別の規制を設ける必要はない。
【００２０】
〔Ａｌ系めっき層の厚さ〕
具体的には、溶融Ａｌ系めっき鋼板において、Ａｌ系めっき層の平均厚さを片面当たり２０μｍ以下に抑えることにより、安定して優れた耐剥離性を呈するようになる。ここで、Ａｌ系めっき層の平均厚さは、合金層を含まない厚さである。溶融めっき付着量は周知のようにガスワイピング法等により調整できるが、片面当たりのめっき付着量そのものが２０μｍ以下になるようにコントロールすれば、その一部は鋼素地と反応して合金層となるので、形成されるＡｌ系めっき層の平均厚さが２０μｍを超えることはない。合金層が比較的厚めに形成される操業条件であれば、めっき付着量を２０μｍより多少厚めに設定しても、めっき層の平均厚さを２０μｍ以下とすることができる場合がある。Ａｌ系めっき層の平均厚さを１５μｍ未満とすることにより、耐剥離性は一段と向上する。したがって、片面当たりのＡｌ系めっき層の平均厚さが１５μｍ未満であるものは、本発明において特に好ましい対象となる。
【００２１】
一方、赤スケールを防止する観点からは、Ａｌ系めっき層の厚さは厚いほど好ましい。種々検討の結果、後述のように組成調整された基材鋼板を使用した上で、片面当たりのＡｌ系めっき層の平均厚さを３μｍ以上を確保する必要がある。それよりめっき層が薄くなると赤スケールの発生を安定して防止することが難しくなる。４μｍ以上の平均厚さを確保することがより好ましく、５μｍ以上とすることが一層好ましい。
【００２２】
〔合金層の厚さ〕
合金層は、鋼素地やめっき層に比べて脆い。このため、合金層の厚さは加工性を考慮すると薄い方が好ましい。加工度の低い部材用途では特にこだわる必要はないが、厳しい加工を施す場合には片面当たりの合金層平均厚さは５μｍ以下であることが好ましく、４μｍ以下であることがより好ましい。ガスワイピング法を用いた溶融Ａｌ系めっきラインにおいて、このような薄い合金層厚さのものを製造することが十分可能である。めっき層厚さと合金層厚さの合計厚さで見ると、片面当たりの「Ａｌ系めっき層の平均厚さ＋合金層の平均厚さ」が２４μｍ以下になるように合金層厚さをコントロールすることが望ましい
【００２３】
〔Ａｌ系めっき浴の組成〕
Ａｌ−Ｓｉ合金系では、ＡｌにＳｉを添加していくと液相線温度が低下し、約１２質量％Ｓｉ付近で共晶組成となる。本発明では３質量％以上のＳｉを含有する溶融Ａｌ系めっき浴を使用する。それよりＡｌリッチの組成になると浴温が高くなるので、合金層の平均厚さを薄く（例えば５μｍ以下に）抑制することが難しくなる。また、浴温の上昇は製造コストの増大を招く要因にもなる。ただし、Ｓｉ含有量が１２質量％を超えるとＡｌ系めっき層自体の加工性が低下し、問題となりやすい。したがって、本発明では３〜１２質量％のＳｉを含有する溶融Ａｌ系めっき浴を使用して製造されるめっき鋼板を対象とする。
【００２４】
Ａｌ系めっき浴中には、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｒの１種以上が合計１％以下の範囲で含有されていて構わない。その他、浴中には不可避的不純物としてＦｅが含まれるが、Ｆｅの混入は２.５質量％以下の範囲で許容される。
【００２５】
〔基材鋼板〕
めっき原板となる基材鋼板は、Ｃｒを５〜２５質量％含有する高Ｃｒ鋼が対象となる。Ａｌ系めっきを施すことによって耐食性および耐酸化性が向上することから、必ずしもステンレス鋼レベルのＣｒ含有量は必要としないが、結露水や水蒸気と接触する環境に曝される二輪車排ガス経路部材として要求される耐食性を確保し、かつ耐赤スケール性を確保するためには、少なくとも５質量％以上のＣｒ含有量が必要である。１０質量％以上のＣｒ含有量を確保することがより好ましい。Ｃｒ含有量の増加に伴って耐食性および耐熱性は向上するが、過剰のＣｒ含有は不経済であり、また成形性や低温靭性を阻害する要因になるので、基材鋼板のＣｒ含有量は２５質量％以下の範囲に規定される。
【００２６】
Ｎｂは、高温強度を向上させる作用を有する。また、Ｃ、Ｎ含有量が比較的多い場合には低温靭性を改善する作用もある。これらの作用を十分に得るために本発明では０.１質量％を超えるＮｂを含有するフェライト系鋼を採用する。ただし、発明者らの研究によれば、基材鋼板に含まれるＮｂは溶融Ａｌ系めっき層の耐剥離性を阻害する要因を有していることが明らかになった。詳細な検討の結果、上述のようにＡｌ系めっき層の平均厚さを２０μｍ以下とすることを前提に、基材鋼板中のＮｂ含有量は１％まで許容できることがわかった。したがって、本発明ではＮｂを０.１超え〜１％の範囲で含有する基材鋼板を使用する。
【００２７】
Ｔｉは、鋼中のＣ、Ｎを固定し、フェライト相の安定化を図るとともに、低温靭性や成形性を高めるために有効な元素である。これらの作用を十分に引き出すためには０.０５質量％以上のＴｉ含有量を確保することが好ましく、０.１質量％以上とすることがより好ましい。しかし、過剰のＴｉ含有は鋼を硬質化し、逆に加工性および低温靭性の低下を招くことになる。したがってＴｉ含有量は０.３質量％以下の範囲に制限され、０.２質量％以下の範囲で添加することがより好ましい。
【００２８】
Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎは鋼中に含まれる基本元素であり、Ｃは０.０２質量％以下、Ｎは０.０２質量％以下の範囲とすることができる。Ｓｉ、Ｍｎの含有量が多くなると低温靭性が低下するが、本発明ではＳｉ、Ｍｎとも２質量％までの含有が許容される。その他の元素として、Ｎｉ：０.６％以下、Ａｌ：０.２％以下、Ｍｏ：３％以下、Ｃｕ：３％以下、Ｗ：３％以下、Ｖ：０.５％以下、Ｃｏ：０.５％以下、Ｂ：０.０１％以下の１種以上を含有して構わないが、これらの元素の含有量が上記規定を超えると成形性や低温靭性に悪影響を及ぼすことがある。不可避的不純物であるＰは０.１０質量％程度まで、またＳは０.０３質量％程度まで許容される。
【００２９】
〔製造方法〕
基材鋼板は、一般的な鋼板製造プロセスによって製造することができ、その製造法は特に規定されるものではない。例えば酸洗仕上の冷延鋼板を基材とすることができ、基材鋼板の表面が活性化された状態で溶融Ａｌ系めっき浴に浸漬したのち引き上げ、めっき付着量を調整することにより、本発明の溶融Ａｌ系めっき鋼板を製造することができる。また、めっき性を向上させるためにＦｅプレめっきを施したものを基材鋼板として採用することができる。基材鋼板を鋼帯の状態で連続溶融めっきラインに通板することにより、安定した品質の溶融Ａｌ系めっき鋼板を大量生産することができる。めっき条件は、めっき層の平均厚さが片面当たり２０μｍ以下になるようにライン速度やワイピング条件をコントロールすることが重要であるが、それ以外は従来一般的な条件を採用すればよい。得られためっき鋼板は、所定の成形加工を経て二輪車用の排ガス経路部材に加工される。部材によっては溶接造管に供された後、成形加工される。
【実施例】
【００３０】
表１に示す組成のフェライト系鋼種を溶製し、常法により板厚１.２ｍｍの冷延焼鈍鋼板（酸洗仕上げ材）を得た。いずれの鋼種も不可避的不純物であるＰは０.１０質量％以下、Ｓは０.０１質量％以下に収まっている。これらの鋼板を基材（めっき原板）に用いて、種々の溶融Ａｌ系めっきを施した。なお、Ｎｏ.１１、２７については冷延焼鈍鋼板の表面にＦｅプレめっき（２ｇ／ｍ2）を施したものを基材とした。また、全ての実施例のめっき浴中には不可避的不純物としてＦｅが１.７質量％程度含まれている。得られた溶融Ａｌ系めっき鋼板（供試材）の断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察することにより、Ａｌ系めっき層の平均厚さを求めた。なお、その際、合金層の平均厚さも調べた結果、一部の比較例を除き、全て４μｍ以下であった。
【００３１】
【表１】
【００３２】
各供試材について、耐赤スケール性、めっき被覆層の耐剥離性、成形性、低温靭性を以下のようにして評価した。
【００３３】
〔耐赤スケール性〕
供試材から２５ｍｍ×３５ｍｍの試験片を切り出し、これを用いて以下の２通りの加熱モードで酸化試験を実施した。試験数は各モードｎ＝３とした。
・連続加熱； 露点８０℃の窒素雰囲気中、６００℃で１００時間連続加熱する。
・サイクル加熱； 「露点８０℃の窒素雰囲気中、６００℃で３０分加熱（うち均熱時間２５分）→空冷５分」を１サイクルとし、これを５００サイクル繰り返す。
各加熱モードを実施した試験片について、目視観察により赤褐色の変色の有無を調べた。また、酸化増量および酸化減量（スケール剥離量）を測定した。ｎ＝３全ての試験片について、（i）赤褐色の変色が認められないこと、（ii）酸化増量が０.２ｍｇ／ｃｍ2未満であること、（iii）酸化減量が０.２ｍｇ／ｃｍ2未満であること、の３つをクリアした供試材を○（良好）、それ以外を×（不良）と評価した。
【００３４】
〔めっき被覆層の耐剥離性〕
供試材から２５ｍｍ×３５ｍｍの試験片を切り出し、これを用いて以下に示す６００℃サイクル加熱、および７００℃サイクル加熱を実施した。試験数は各温度ｎ＝５とした。
・６００℃サイクル加熱； 「露点８０℃の窒素雰囲気中、６００℃で３０分加熱（うち均熱時間２５分）→空冷５分」を１サイクルとし、これを１０００サイクル繰り返す。
・７００℃サイクル加熱； 「露点８０℃の窒素雰囲気中、７００℃で３０分加熱（うち均熱時間２５分）→空冷５分」を１サイクルとし、これを１０００サイクル繰り返す。
各温度で実施した試験片について、目視観察によりめっき被覆層の剥離の有無を調べた。各温度５個（ｎ＝５）×温度２水準の計１０個の試験片全てについて、めっき層の剥離が認められなかった供試材を○（良好）、それ以外を（不良）と評価した。
【００３５】
また、上記１０００サイクルの試験で○評価が得られた供試材については、同様の６００℃サイクル加熱、および７００℃サイクル加熱を２０００サイクルまで実施した。２０００サイクル後に、各温度５個（ｎ＝５）×温度２水準の計１０個の試験片全てについて、めっき被覆層の剥離が認められなかった供試材を◎（特に良好）と評価した。
【００３６】
〔成形性〕
各供試材（板厚１.２ｍｍの溶融Ａｌ系めっき鋼板）から圧延方向を長手方向とする引張試験片（ＪＩＳ １３Ｂ号）を作成し、ｎ＝３でＪＩＳ Ｚ２２４１に準拠した引張試験を実施して伸びを測定した。ｎ＝３の伸びの平均値をその供試材の伸びとした。板厚１.２ｍｍの材料において伸びが３０％以上であれば二輪車用の排ガス経路部材に加工可能な良好な成形性を具備すると判断できることが、種々の実験から判っている。したがって、伸びが３０％以上の供試材を○（良好）、それ以外を×（不良）と評価した。
【００３７】
〔低温靭性〕
各供試材（板厚１.２ｍｍの溶融Ａｌ系めっき鋼板）から長手方向が圧延方向に対して直角方向となるように５５ｍｍ×１０ｍｍの試験片を切り出し、その中央部に２ｍｍＶノッチを形成することにより、ノッチ付き衝撃試験片を作製した。ＪＩＳ Ｚ２２０２の定義によると、高さ１０ｍｍ、幅１.２ｍｍ、長さ５５ｍｍ、ノッチ下の高さ８ｍｍとなる。この試験片を用いてＪＩＳ Ｚ２２４２に準拠したシャルピー衝撃試験を実施し、脆性破断発生温度が−５０℃以下と判断された供試材を○（良好）、それ以外を×（不良）と評価した。
これらの結果を表２、表３に示す。
【００３８】
【表２】
【００３９】
【表３】
【００４０】
表２からわかるように、Ａｌ系めっき層の平均厚さが３〜２０μｍの範囲にある本発明例のものは、いずれも優れた耐赤スケール性およびめっき被覆層の耐剥離性を示した。特にめっき層の平均厚さを１５μｍ未満としたものは、一層優れた耐剥離性を呈した。
【００４１】
これに対し、比較例であるＮｏ.５２、５４はＡｌ系めっき層の平均厚さが薄すぎたことにより耐赤スケール性に劣った。Ｎｏ.５１、５３、５５、５６はＡｌ系めっき層の平均厚さが２０μｍを超えて厚かったことにより、めっき被覆層の耐剥離性に劣った。Ｎｏ.５７は基材鋼板のＮｂ含有量が高すぎたのでめっき被覆層の耐剥離性に劣った。Ｎｏ.５８、５９、６０および６２はそれぞれ基材鋼板のＣｒ、Ｔｉ、ＭｏおよびＣｕの含有量が高すぎたことにより、これらはいずれも成形性および低温靭性に劣った。Ｎｏ.６１は基材鋼板のＣｒ含有量が少なすぎたことにより耐赤スケール性に劣った。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０.０２％以下、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｃｒ：５〜２５％、Ｎｂ：０.１超え〜１％、Ｔｉ：０.３％以下、Ｎ：０.０２％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼板を基材とし、
前記基材を、質量％で、Ｓｉ：３〜１２％、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなる溶融めっき浴に浸漬したのち引き上げ、めっき付着量を調整することにより、平均厚さ３〜２０μｍのめっき層を表面に形成した耐赤スケール性に優れた二輪車排ガス経路部材用Ａｌ系めっき鋼板。
【請求項２】
基材の鋼板は、さらにＮｉ：０.６％以下、Ａｌ：０.２％以下、Ｍｏ：３％以下、Ｃｕ：３％以下、Ｗ：３％以下、Ｖ：０.５％以下、Ｃｏ：０.５％以下、Ｂ：０.０１％以下の１種以上を含有するものである請求項１に記載の耐赤スケール性に優れた二輪車排ガス経路部材用Ａｌ系めっき鋼板。
【請求項３】
前記溶融めっき浴は、さらにＴｉ、Ｂ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｒの１種以上を合計１％以下の範囲で含有するものである請求項１または２に記載の耐赤スケール性に優れた二輪車排ガス経路部材用Ａｌ系めっき鋼板。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のめっき鋼板を素材に用いて構成され、前記めっき層が排ガスと接触する構造を有する、最高使用温度が４００℃以上の二輪車排ガス経路部材。
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０.０２％以下、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｃｒ：５〜２５％、Ｎｂ：０.１超え〜１％、Ｔｉ：０.３％以下、Ｎ：０.０２％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼板を基材とし、
前記基材を、質量％で、Ｓｉ：３〜１２％、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなる溶融めっき浴に浸漬したのち引き上げ、めっき付着量を調整することにより、平均厚さ３〜２０μｍのめっき層を表面に形成した耐赤スケール性に優れた二輪車排ガス経路部材用Ａｌ系めっき鋼板。
【請求項２】
基材の鋼板は、さらにＮｉ：０.６％以下、Ａｌ：０.２％以下、Ｍｏ：３％以下、Ｃｕ：３％以下、Ｗ：３％以下、Ｖ：０.５％以下、Ｃｏ：０.５％以下、Ｂ：０.０１％以下の１種以上を含有するものである請求項１に記載の耐赤スケール性に優れた二輪車排ガス経路部材用Ａｌ系めっき鋼板。
【請求項３】
前記溶融めっき浴は、さらにＴｉ、Ｂ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｒの１種以上を合計１％以下の範囲で含有するものである請求項１または２に記載の耐赤スケール性に優れた二輪車排ガス経路部材用Ａｌ系めっき鋼板。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のめっき鋼板を素材に用いて構成され、前記めっき層が排ガスと接触する構造を有する、最高使用温度が４００℃以上の二輪車排ガス経路部材。
【公開番号】特開２００９−３５７５６（Ｐ２００９−３５７５６Ａ）
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１９８９０３（Ｐ２００７−１９８９０３）
【出願日】平成１９年７月３１日（２００７．７．３１）
【出願人】（０００００４５８１）日新製鋼株式会社 (1,178)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月３１日（２００７．７．３１）
【出願人】（０００００４５８１）日新製鋼株式会社 (1,178)
【Ｆターム（参考）】
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