JP7296705B2

JP7296705B2 - フェライト系ステンレス鋼管、管端増肉構造体及び溶接構造体

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Publication number: JP7296705B2
Application number: JP2018183242A
Authority: JP
Inventors: 雅俊安部; 透松橋; 純一濱田; 信彦平出
Original assignee: Nippon Steel Stainless Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Stainless Steel Corp
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2023-06-23
Anticipated expiration: 2038-09-28
Also published as: JP2020050929A

Description

本発明は、フェライト系ステンレス鋼管、管端増肉構造体及び溶接構造体に関する。

フェライト系ステンレス鋼は家電製品や電子機器、自動車等の幅広い分野で使用されている。特に自動車分野ではエキゾーストマニホールドからマフラーまで様々な部品で使用されるため、使用されるステンレス鋼には耐熱性や耐食性などが要求される。また、これらの部品は溶接を施される場合がほとんどであるため、溶接部の強度、剛性や耐食性も要求される。

近年、自動車の軽量化を目的として各部品に使用される材料の薄肉化を検討する場合が増加している。しかし、溶接部の強度、剛性および溶接性を確保するためには一定の肉厚が必要となる場合があり、非溶接部においても厚肉となり排気システム全体の薄手化の妨げとなる。これに対して、排気管を構成し、他部品と溶接接合される鋼管端部を増肉することにより溶接箇所を厚肉して高強度化し、剛性および溶接性を確保する技術が知られている。これを管端増肉と呼ぶ。この場合、非溶接部は薄肉化でき、排気システム全体の薄肉・軽量化が可能となる。

上記のような管端増肉に関する技術はいくつか開示されている。特許文献１には、パイプ端部の強度を確保し、且つパイプの軽量化を図る目的として、パイプを回転させながら端部にローラーを押し当てて径方向内側に折り曲げた後、ローラーによって密着させる加工方法が開示されている。特許文献２には、管端を二重管状に成形し肉厚を倍にすることで溶接時の溶け落ちを防ぐための工法が開示されている。特許文献３には管端を折り返して増肉するために素管に関する特許が開示されており、溶接部の内面ビード部が管内面に突き出しており、その突出量が板厚の４～１５％と規定されている。

特許文献１～３に記載されているパイプは、管端部が径方向内側または径方向外側に折り返された箇所（以下、管端増肉部という）を有している。これら特許文献１～３の管端増肉部には、高さ数～数百μｍの隙間構造を有することとなる。この隙間構造には、特許文献１、２のように内側に折り曲げられた場合は排気系部品内部で発生する排ガス凝縮水が滞留しやすくなり、特許文献３のように外側に折り曲げられた場合は排気系部品外部から付着する塩水が滞留しやすくなる。

このような環境で起こる腐食は所謂すきま腐食ではなく、隙間構造の内部に塩水や排ガス凝縮水が滞留しやすくなることにより促進される塩害腐食である。さらに、管端増肉部を拡管または縮管して使用される場合、管端増肉部における隙間構造は局所的に非常に隙間間隔が狭くなり、腐食環境として非常に厳しいものとなる。

このように管端増肉部の隙間における腐食が促進される恐れがあるため、使用されるステンレス鋼は管端増肉部の隙間構造での耐塩害性に優れる鋼種が求められる。特に排気系部品では、腐食による穴あきが発生すると排気ガスの漏れに繋がるため、耐穴あき性の高い材料を適用することが重要となる。

特許文献４には、質量％で、Ｃ：０．００１～０．０２％、Ｎ：０．００１～０．０２％、Ｓｉ：０．０１～０．５％、Ｍｎ：０．０５～１％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：１２～２５％、Ｔｉ、Ｎｂの１種または２種をＴｉ：０．０２～０．５％、Ｎｂ：０．０２～１％の範囲で含み、かつ、Ｓｎ：０．００５～２％の範囲で含み、残部がＦｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする耐すきま腐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼が開示されている。特許文献４に記載の技術では、Ｓｎを添加することで耐すきま腐食性を向上させているが、管端増肉部の隙間構造における隙間間隔と塩害腐食との関係については述べられていない。

特許文献５には、質量％で、Ｃ：≦０．０１５％、Ｓｉ：０．１０～０．５０％、Ｍｎ：０．０５～０．５０％、Ｐ≦０．０５０％、Ｓ：≦０．０１００％、Ｎ：≦０．０１５％、Ａｌ：０．０２０～０．１００％、Ｃｒ：１０．５～１３．０５％を含有し、さらに、Ｔｉ：０．０３～０．３０％およびＮｂ：０．０３～０．３０％の１種または２種、Ｓｎ：０．０３～０．５０％およびＳｂ：０．０３～０．５０％の１種または２種を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物より成り、式（２）で定義されるＡ値が１５．２３以上であることを特徴とする加熱後耐食性に優れた自動車排気系部材用省合金型フェライト系ステンレス鋼が開示されている。
Ａ＝［Ｃｒ］＋［Ｓｉ］＋０．５［Ｍｎ］＋１０［Ａｌ］＋１５（［Ｓｎ］＋［Ｓｂ
］）・・・式（２）
特許文献５に記載の技術では、Ｓｎ、Ｓｂを添加することで加熱後の耐食性を向上させているが、管端増肉部の隙間構造における隙間間隔と塩害腐食との関係については述べられていない。

特許文献６には、質量％で、Ｃ：≦０．０１５％、Ｓｉ：０．０１～０．５０％、Ｍｎ：０．０１～０．５０％、Ｐ≦０．０５０％、Ｓ：≦０．０１０％、Ｎ：≦０．０１５％、Ａｌ：０．０１０～０．１００％、Ｃｒ：１６．５～２２．５％を含有し、更に、Ｔｉ：０．０３～０．３０％およびＮｂ：０．０３～０．３０％の１種または２種を含有し、更に、Ｓｎ：０．０５～１．００％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物より成ることを特徴とする加熱後耐食性に優れた自動車排気系部材用省Ｍｏ型フェライト系ステンレス鋼が開示されている。特許文献６に記載の技術では、Ｓｎを添加することで加熱後の耐食性を向上させているが、管端増肉部の隙間構造における隙間間隔と塩害腐食との関係については述べられていない。

特許文献７には、質量％で、Ｃ：≦０．０１５％、Ｓｉ：０．０１～０．５０％、Ｍｎ：０．０１～０．５０％、Ｐ≦０．０５０％、Ｓ：≦０．０１０％、Ｎ：≦０．０１５％、Ａｌ：０．０１０～０．１００％、Ｃｒ：１６．５～２２．５％、Ｎｉ：０．５～２．０％、Ｓｎ：０．０１～０．５０％を含有し、更に、Ｔｉ：０．０３～０．３０％およびＮｂ：０．０３～０．３０％の１種または２種を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物より成ることを特徴とする自動車排気系部材用フェライト系ステンレス鋼が開示されている。特許文献７に記載の技術では、排気系部品の加熱後の耐食性について開示しているが、管端増肉部の隙間構造における隙間間隔と塩害腐食との関係についてはについて述べられていない。

特許文献８には、質量％で、Ｃ：０．０１５０％以下、Ｓｉ：１．０～１．５％、Ｍｎ：０．１５～１．０％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０１００％以下、Ｎ：０．０１５０％以下、Ａｌ：０．０１０～０．２００％、Ｃｒ：１３．０～１６．０％、およびＳｎ：０．００２～０．０５０％を含有し、さらにＴｉ：０．０３～０．３０％およびＮｂ：０．０３～０．５０％の１種または２種を含有し、かつ（１）式で定義するＡ値が０．０２４以上であることを満たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物より成ることを特徴とする耐酸化性および耐食性に優れた自動車排気系部材用フェライト系ステンレス鋼が開示されている。
Ａ＝［Ｓｉ］×［Ｓｎ］＋０．０１４［Ｓｉ］－－－－－－－（１）
ここで［Ｓｉ］、［Ｓｎ］は、それぞれＳｉ、Ｓｎの質量％としての含有量である。
特許文献８に記載の技術では、排気系部品の加熱後の耐食性について開示しているが、管端増肉部の隙間構造における隙間間隔と塩害腐食との関係については述べられていない。

特許文献９には、質量％で、Ｃ：０．０１５０％以下、Ｓｉ：０．２～０．７％、Ｍｎ：０．２～０．６％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０１００％以下、Ｎ：０．０１５０％以下、Ａｌ：０．０１０～０．２０％、Ｃｒ：１０．５～１１．５％、Ｍｏ：０．０２～０．２０％、およびＳｎ：０．００５～０．０５０％を含有し、さらにＴｉ：０．０３～０．３０％およびＮｂ：０．０３～０．５０％の１種または２種を含有し、かつ（１）式で定義するＡ値が０．０００６５％2以上であることを満たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物より成ることを特徴とする耐食性に優れた排気系部材用フェライト系ステンレス鋼が開示されている。
Ａ＝［Ｍｏ］×［Ｓｎ］－－－－－－－（１）
特許文献９に記載の技術では、排気系部品の加熱後の耐食性について開示しているが、管端増肉部の隙間構造における隙間間隔と塩害腐食との関係については、述べられていない。

特開２０１０－２３４４０６号公報特開２０１３－１０３２５０号公報特開２００４－２５５４１４号公報特許第４７２７６０１号公報特許第５２９７７１３号公報特許第５３２００３４号公報特許第５５８６２７９号公報特許第６００６６６０号公報特開２０１４－１６９４９１号公報

上記のように、従来技術においては管端増肉されたパイプの管端増肉部に形成される隙間構造における耐食性を改善する方法はまだ提案されていない。特に管端増肉部が拡管または縮管されたパイプに関して耐食性を改善する方法はまだ提案されていない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、管端増肉部の隙間構造における耐食性を向上させた、フェライト系ステンレス鋼管、管端増肉構造体及び溶接構造体を提供することを課題とする。

上記課題を解決する為の手段は以下の構成を有する。
［１］鋼母材部と溶接部とからなる鋼管部を有し、
前記鋼母材部が、質量％で、
Ｃ：０．００１～０．１００％、
Ｓｉ：０．０１～５．００％、
Ｍｎ：０．０１～２．００％、
Ｐ：≦０．０５０％、
Ｓ：≦０．０１００％、
Ｃｒ：９．０～３０．０％、
Ａｌ：０．５２１～５．０００％、
Ｎ：０．００１～０．０５０％を含有し、
更に、Ｔｉ：０．０１～１．００％およびＮｂ：０．００１～１．０００％のいずれか１種または２種を含有し、
残部がＦｅおよび不純物であり、
かつ上記Ｓｉ量（質量％）及びＡｌ量（質量％）が、２．５Ａｌ＋Ｓｉ≧０．１００を満たし、
前記鋼管部の長手方向の一端に、前記鋼管部の端部が径方向外側または径方向内側に折り返されてなる管端増肉部が備えられ、
前記鋼管部の外径ｄ_１、前記管端増肉部の外径ｄ_２、前記Ｓｉ量（質量％）及び前記Ａｌ量（質量％）の関係が、２．５Ａｌ＋Ｓｉ≧｜{（ｄ_２－ｄ_１）／ｄ_１}｜＋０．１の関係を満たし、
前記管端増肉部が、前記鋼管部に対して拡管または縮管されていることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼管。
［２］さらに質量％で、
Ｎｉ：０．０１～３．００％、
Ｍｏ：０．０１～３．００％、
Ｓｎ：０．００１～３．００％、
Ｃｕ：０．０１～３．００％、
Ｂ：０．０００１～０．０１００％、
Ｗ：０．００１～１．００％、
Ｖ：０．００１～１．００％、
Ｓｂ：０．００１～０．１００％、
Ｃｏ：０．００１～０．５００％、
Ｃａ：０．０００１～０．００５０％、
Ｍｇ：０．０００１～０．００５０％、
Ｚｒ：０．０００１～０．０３００％、
Ｇａ：０．０００１～０．０１００％、
Ｔａ：０．００１～０．０５０％、
ＲＥＭ：０．００１～０．１００％
の１種または２種以上を含有することを特徴とする［１］に記載のフェライト系ステンレス鋼管。
［３］［１］または［２］に記載のフェライト系ステンレス鋼管からなることを特徴とする管端増肉構造体。
［４］［３］に記載の管端増肉構造体の前記管端増肉部と、鋼管部材とが重ね隅肉溶接部により接合されてなり、
前記重ね隅肉溶接部の前記管端増肉部側の最大溶け込み深さが、前記鋼管部の肉厚ｔに対して０．３ｔ～２．０ｔの範囲とされていることを特徴とする溶接構造体。

本発明によれば、管端増肉部の隙間構造における耐食性を向上させた、フェライト系ステンレス鋼管、管端増肉構造体及び溶接構造体を提供できる。

実施形態のステンレス鋼管（管端増肉構造体）と他の鋼管（鋼管部材）とからなる溶接構造体の一例を示す断面模式図。実施形態のステンレス鋼管（管端増肉構造体）と他の鋼管（鋼管部材）とからなる溶接構造体の別の例を示す断面模式図。実施形態のステンレス鋼管（管端増肉構造体）と他の鋼管（鋼管部材）とからなる溶接構造体の他の例を示す断面模式図。実施形態のステンレス鋼管（管端増肉構造体）と他の鋼管（鋼管部材）とからなる溶接構造体の要部を示す断面模式図。

管端増肉部は、鋼管の長手方向の一端に、鋼管の端部が径方向外側または径方向内側に折り返されることにより形成される。折り返された鋼管の端部は、鋼管の外周面または内周面に密着させるように加工を受けるものの、折り返された端部と鋼管の外周面または内周面との間には僅かな隙間が生じる。本発明者らはフェライト系ステンレス鋼管に形成された管端増肉部の隙間における耐食性に関して鋭意検討を行った。その結果、管端増肉部では、ＡｌまたはＳｉを多く含有するステンレス鋼ほど孔食深さが低下することを知見した。この知見は、管端増肉部に対して更に拡管加工または縮管加工がなされた場合も同様である。更に、管端増肉部の隙間において孔食の成長を抑制するＡｌ＋Ｓｉ量のしきい値と、鋼管の外径ｄ_１と、管端増肉部の外径ｄ_２との間に関係があることを見出した。

具体的には、まず管端増肉部の隙間の耐食性を確保するためには、２．５Ａｌ＋Ｓｉ≧０．１００％（Ａｌ、Ｓｉはそれぞれ鋼中のＡｌ量及びＳｉ量（いずれも質量％））を満たすことが好ましい。Ａｌ、Ｓｉは共に隙間部の耐食性、特に発生する孔食の深さを低減する効果がある。特にＡｌの効果はＳｉの効果よりも大きく、同一添加量で比較するとＳｉの２～３倍孔食深さを低減することが確認されたため、Ａｌの係数を２．５としている。さらに、管端増肉部を拡管または縮管して使用される場合は、管端増肉部における隙間が局所的に非常に狭くなり、腐食環境として非常に厳しいものとなるため、さらにＡｌ、Ｓｉを添加することでさらに耐食性を向上させるとよいことを見出した。また、Ａｌ量及びＳｉ量と、鋼管の外径ｄ_１と、管端増肉部の外径ｄ_２との間には、２．５Ａｌ＋Ｓｉ≧｜{（ｄ_２－ｄ_１）／ｄ_１}｜＋０．１という関係を満たす場合に、更に耐食性が向上することがわかった。本発明において様々な径で拡管または縮管された管端増肉構造体の孔食深さを調べたところ、拡管または縮管による隙間内部の腐食環境としての苛酷度の変化を｜{（ｄ_２－ｄ_１）／ｄ_１}｜項で定義可能であることを見出した。

なお、本実施形態の管端増肉部の隙間における腐食現象は、従来のすきま腐食とは異なる腐食現象であり、本実施形態の管端増肉部の隙間において生じる腐食現象は、従来のすきま腐食の「すきま」よりも隙間間隔が広い場合における腐食現象であって、従来のすきま腐食とは発生メカニズムが異なるものである。

以下、実施形態について説明する。

本実施形態の管端増肉部の隙間での耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼板は、質量％で、Ｃ：０．００１～０．１００％、Ｓｉ：０．０１～５．００％、Ｍｎ：０．０１～２．００％、Ｐ：≦０．０５０％、Ｓ：≦０．０１００％、Ｃｒ：９．０～３０．０％、Ａｌ：０．０１０～５．０００％、Ｎ：０．００１～０．０５０％を含有し、更に、Ｔｉ：０．０１～１．００％およびＮｂ：０．００１～１．０００％のいずれか１種または２種を含有し、残部がＦｅおよび不純物であり、かつ上記Ｓｉ量（質量％）及びＡｌ量（質量％）が、２．５Ａｌ＋Ｓｉ≧０．１００を満たすフェライト系ステンレス鋼板である。
また、本実施形態のフェライト系ステンレス鋼板は、さらに質量％で、Ｎｉ：０．０１～３．００％、Ｍｏ：０．０１～３．００％、Ｓｎ：０．０１～３．００％、Ｃｕ：０．０１～３．００％、Ｂ：０．０００１～０．０１００％、Ｗ：０．００１～１．０００％、Ｖ：０．００１～１．０００％、Ｓｂ：０．００１～０．１００％、Ｃｏ：０．００１～０．５００％、Ｃａ：０．０００１～０．００５０％、Ｍｇ：０．０００１～０．００５０％、Ｚｒ：０．０００１～０．０３００％、Ｇａ：０．０００１～０．０１００％、Ｔａ：０．００１～０．０５０％、ＲＥＭ：０．００１～０．１００％の１種または２種以上を含有してもよい。

また、本実施形態の管端増肉部の隙間での耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼管は、鋼母材部と溶接部とからなる鋼管部を有し、前記鋼母材部が、質量％で、Ｃ：０．００１～０．１００％、Ｓｉ：０．０１～５．００％、Ｍｎ：０．０１～２．００％、Ｐ：≦０．０５０％、Ｓ：≦０．０１００％、Ｃｒ：９．０～３０．０％、Ａｌ：０．０１０～５．０００％、Ｎ：０．００１～０．０５０％を含有し、更に、Ｔｉ：０．０１～１．００％およびＮｂ：０．００１～１．０００％のいずれか１種または２種を含有し、残部がＦｅおよび不純物であり、かつ上記Ｓｉ量（質量％）及びＡｌ量（質量％）が、２．５Ａｌ＋Ｓｉ≧０．１００を満たすフェライト系ステンレス鋼管である。
また、本実施形態のフェライト系ステンレス鋼管は、さらに質量％で、Ｎｉ：０．０１～３．００％、Ｍｏ：０．０１～３．００％、Ｓｎ：０．００１～３．００％、Ｃｕ：０．０１～３．００％、Ｂ：０．０００１～０．０１００％、Ｗ：０．００１～１．００％、Ｖ：０．００１～１．００％、Ｓｂ：０．００１～０．１００％、Ｃｏ：０．００１～０．５００％、Ｃａ：０．０００１～０．００５０％、Ｍｇ：０．０００１～０．００５０％、Ｚｒ：０．０００１～０．０３００％、Ｇａ：０．０００１～０．０１００％、Ｔａ：０．００１～０．０５０％、ＲＥＭ：０．００１～０．１００％の１種または２種以上を含有してもよい。

以下に、本実施形態のフェライト系ステンレス鋼板およびフェライト系ステンレス鋼管で規定される鋼の化学組成について説明する。なお、％は質量％を意味する。

Ｃ：０．００１～０．１００％
Ｃは、耐粒界腐食性、加工性を低下させるため、その含有量を低く抑える必要がある。そのため、Ｃの含有量の上限を０．１００％以下とする。しかしながら、Ｃ量を過度に低めることは精練コストを上昇させるため、Ｃ量の下限を０．００１％以上とする。Ｃ量の好ましい範囲は、０．００２～０．０１０％である。

Ｓｉ：０．０１～５．００％
Ｓｉは、本実施形態における重要な元素である。Ｓｉは、表面に濃縮して腐食発生を抑制するのみならず、母材の腐食速度も低減する非常に有益な元素である。そのため、Ｓｉの含有量の下限を０．０１％以上とする。ただし、Ｓｉの過度な含有は鋼の伸び減少を引き起こし、加工性を低下させるため、Ｓｉの含有量の上限を５．００％以下とする。Ｓｉ量の好ましい範囲は、０．３０～３．００％、より好ましい範囲は０．７０～１．２０％である。

Ｍｎ：０．０１～２．００％
Ｍｎは、脱酸元素として有用であるが、過剰量のＭｎを含有させると、耐食性を劣化させる。そのため、Ｍｎ量を０．０１～２．００％とする。Ｍｎ量の好ましい範囲は、０．０５～１．００％、より好ましい範囲は０．０２～０．５０％である。

Ｐ：０．０５０％以下
Ｐは、加工性・溶接性を劣化させる元素であるため、その含有量を制限する必要がある。そのため、Ｐ量を０．０５０％以下とする。Ｐ量の好ましい範囲は、０．０３０％以下である。

Ｓ：０．０１００％以下
Ｓは、耐食性を劣化させる元素であるため、その含有量を制限する必要がある。そのため、Ｓ量を０．０１００％以下とする。Ｓ量の好ましい範囲は、０．００７０％以下である。

Ｃｒ：９．０～３０．０％
Ｃｒは、塩害環境での耐食性を確保するために、９．０％以上の含有が必要である。Ｃｒの含有量を増加させるほど、耐食性は向上するが、加工性、製造性を低下させる。そのため、Ｃｒ量の上限を３０．０％以下とする。Ｃｒ量の好ましい範囲は、９．５～２５．０％、より好ましい範囲は１０．０～１５．０％である。

Ｔｉ：０．０１～１．００％およびＮｂ：０．００１～１．０００％の１種又は２種
Ｔｉ：０．０１～１．００％
Ｔｉは、ステンレス鋼の鋭敏化を防止するために、０．０１％以上含有する必要がある。ただし、多量の含有は合金コスト増加や靭性の低下、鋼中介在物増加による耐食性低下、製造性低下に繋がるため、Ｔｉ量の上限を１．００％以下とする。Ｔｉ量の好ましい範囲は、０．０３～０．５０％、より好ましい範囲は０．１０～０．２５％である。

Ｎｂ：０．００１～１．０００％
Ｎｂは、高温強度の向上や溶接部の耐粒界腐食性の向上に有用であるが、過剰の含有は、加工性や製造性を低下させる。そのため、Ｎｂ量を０．００１～１．０００％とする。Ｎｂ量の好ましい範囲は、０．００５～０．５００％である。

Ａｌ：０．０１０～５．０００％
Ａｌは、本実施形態における重要な元素である。Ａｌは、鋼表面に濃縮して腐食発生を抑制するのみならず、母材の腐食速度も低減する非常に有益な元素である。そのため、Ａｌの含有量の下限を０．０１０％以上とする。ただし、Ａｌの過度な含有は材料の伸び減少を引き起こし、加工性を低下させるため、Ａｌの含有量の上限を５．０００％以下とする。Ａｌ量の好ましい範囲は、０．０５０～３．０００％、より好ましい範囲は０．８００～２．５００％である。

Ｎ：０．００１～０．０５０％
Ｎは、耐孔食性に有用な元素であるが、耐粒界腐食性、加工性を低下させる。そのため、Ｎの含有量を低く抑える必要がある。そのため、Ｎ量の上限を０．０５０％以下とする。しかしながら、Ｎ量を過度に低めることは精練コストを上昇させるため、Ｎ量の下限を０．００１％以上とする。Ｎ量の好ましい範囲は、０．００２～０．０２０％である。

２．５Ａｌ＋Ｓｉ≧０．１００％
本実施形態では、鋼中のＡｌ量とＳｉ量が、２．５Ａｌ＋Ｓｉ≧０．１００％の関係を満たすことが好ましい。これにより、管端増肉部の隙間の耐食性を向上させることができる。より好ましくは２．５Ａｌ＋Ｓｉが０．５００％以上、１．５００％以上、３．０００％以上または７．０００％以上である。

以上が、本実施形態のステンレス鋼の基本となる化学組成であるが、本実施形態では、更に、次のような元素を必要に応じて含有させることができる。

Ｎｉ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｂ、Ｗ、Ｖ、Ｓｂ、Ｃｏ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｇａ、Ｔａ、ＲＥＭは、目的に応じて、これらの１種または２種以上が含有されていてもよい。これらの元素の下限は、０％以上、好ましくは０％超である。

Ｎｉ：０．０１～３．００％
Ｎｉは、耐食性を向上させるため、０．０１％以上含有することができる。ただし、多量の含有は合金コスト増加に繋がるため、Ｎｉ量の上限を３．００％以下とする。Ｎｉ量の好ましい範囲は、０．０２～１．００％である。

Ｍｏ：０．０１～３．００％
Ｍｏは、耐食性を向上させるため、０．０１％以上含有することができる。しかし、過剰の含有は、加工性を劣化させると共に、高価であるためコストアップに繋がる。そのため、Ｍｏ量の上限を３．００％以下とする。Ｍｏ量の好ましい範囲は、０．０５～１．００％である。

Ｓｎ：０．００１～３．００％
Ｓｎは、耐食性を向上させるため、０．００１％以上含有することができる。しかし、過剰の含有はコスト増加に繋がる。そのため、Ｓｎ量の上限を３．００％以下とする。Ｓｎ量の好ましい範囲は、０．００５～１．００％であり、より好ましくは０．０１０～１．００％である。

Ｃｕ：０．０１～３．００％
Ｃｕは、耐食性を向上させるため、０．０１％以上含有することができる。しかし、過剰の含有はコスト増加に繋がる。そのため、Ｃｕ量の上限を３．００％以下とする。Ｃｕ量の好ましい範囲は０．０２～１．００％、より望ましい範囲は０．０５～０．０９％である。

Ｂ：０．０００１～０．０１００％
Ｂは、２次加工性を向上させるのに有用な元素であり、０．０１００％以下含有することができる。Ｂ量の下限を、安定した効果が得られる０．０００１％以上とする。Ｂ量の好ましい範囲は、０．０００５～０．００５０％である。

Ｗ：０．００１～１．００％
Ｗは、耐食性を向上させるため、１．００％以下を含有することができる。安定した効果を得るためには、Ｗ量の下限を０．００１％以上とする。Ｗ量の好ましい範囲は、０．００５～０．８０％である。

Ｖ：０．００１～１．００％
Ｖは、耐食性を向上させるため、１．００％以下を含有することができる。安定した効果を得ためには、Ｖ量の下限を０．００１％以上とする。Ｖ量の好ましい範囲は、０．００５～０．５０％である。

Ｓｂ：０．００１～０．１００％
Ｓｂは、耐全面腐食性を向上させるため、０．１００％以下含有することができる。安定した効果を得るためには、Ｓｂ量の下限を０．００１％以上とする。Ｓｂ量の好ましい範囲は、０．０１０～０．０８０％である。

Ｃｏ：０．００１～０．５００％
Ｃｏは、二次加工性と靭性を向上させるために、０．５００％以下含有することができる。安定した効果を得るためには、Ｃｏ量の下限を０．００１％以上とする。Ｃｏ量の好ましい範囲は、０．０１０～０．３００％である。

Ｃａ：０．０００１～０．００５０％
Ｃａは、脱硫のために含有されるが、過剰に含有すると、水溶性の介在物ＣａＳが生成して耐食性を低下させる。そのため、０．０００１～０．００５０％の範囲でＣａを含有することができる。Ｃａ量の好ましい範囲は、０．０００５～０．００３０％である。

Ｍｇ：０．０００１～０．００５０％
Ｍｇは、組織を微細化し、加工性、靭性の向上にも有用である。そのため、０．００５０％以下の範囲でＭｇを含有することができる。安定した効果を得るためには、Ｍｇ量の下限を０．０００１％以上とする。Ｍｇ量の好ましい範囲は、０．０００５～０．００３０％である。

Ｚｒ：０．０００１～０．０３００％
Ｚｒは、耐食性を向上させるために、０．０３００％以下含有することができる。安定した効果を得るためには、Ｚｒ量の下限を０．０００１％以上とする。Ｚｒ量の好ましい範囲は、０．００１０～０．０１００％である。

Ｇａ：０．０００１～０．０１００％
Ｇａは、耐食性と耐水素脆化性を向上させるために、０．０１００％以下含有することができる。安定した効果を得るためには、Ｇａ量の下限を０．０００１％以上とする。Ｇａ量の好ましい範囲は、０．０００５～０．００５０％である。

Ｔａ：０．００１～０．０５０％
Ｔａは、耐食性を向上させるために、０．０５０％以下含有することができる。安定した効果を得るためには、Ｔａ量の下限を０．００１％以上とする。Ｔａ量の好ましい範囲は、０．００５～０．０３０％である。

ＲＥＭ：０．００１～０．１００％
ＲＥＭは、脱酸効果等を有するので、精練で有用な元素であるため、０．１００％以下含有することができる。安定した効果を得るためには、ＲＥＭ量の下限を０．００１％以上とする。ＲＥＭ量の好ましい範囲は、０．００３～０．０５０％である。
ここで、ＲＥＭ（希土類元素）は、一般的な定義に従い、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）の２元素と、ランタン（Ｌａ）からルテチウム（Ｌｕ）までの１５元素（ランタノイド）の総称を指す。ＲＥＭは、これら希土類元素から選択される１種以上であり、ＲＥＭの量とは、希土類元素の合計量である。

本実施形態のフェライト系ステンレス鋼鈑及びフェライト系ステンレス鋼管は、上述してきた元素以外は、Ｆｅ及び不純物（不純物には不可避的不純物も含む）からなる。また、以上説明した各元素の他にも、本発明の効果を損なわない範囲で含有させることが出来る。本実施形態では、例えばＢｉ、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｈ等を含有させてもよいが、その場合は可能な限り低減することが好ましい。一方、これらの元素は、本発明の課題を解決する限度において、その含有割合が制御され、必要に応じて、Ｂｉは０．０１％以下、Ｐｂは０．０１％以下、Ｓｅは０．０１％以下、Ｈは０．０１％以下を含有してもよい。

本実施形態のフェライト系ステンレス鋼管は、上記の化学成分を有する鋼母材部と溶接部とからなる鋼管部を有する。鋼管部は、本実施形態のフェライト系ステンレス鋼板が管状に成形加工されてなる。溶接部は、管状に成形加工された鋼板の端部同士をＥＲＷ（抵抗溶接）、レーザー溶接またはＴＩＧ溶接（タングステン不活性ガス溶接）等によって溶接されてなる。溶接方法については適宜選択してもよい。また、鋼管のサイズについても用途に応じて決定すればよい。

次に、本実施形態のフェライト系ステンレス鋼管は、鋼管部の長手方向の一端に、鋼管部の端部が径方向外側または径方向内側に折り返されてなる管端増肉部が備えられていてもよい。管端増肉部が備えられたフェライト系ステンレス鋼管は、管端増肉構造体と称してもよい。図１～３に、フェライト系ステンレス鋼管の鋼管部の長手方向の一端に形成された管端増肉部を示す。

図１は、フェライト系ステンレス鋼管１の鋼管部１ａの一端に管端増肉部１ｂが設けられた例である。鋼管部１ａの一端において、鋼管部の一部が径方向内側に折り返されている。この折り返し部分１ｃは鋼管部１ａの内周面に接するように曲げられており、折り返し部分１ｃによって管端増肉部１ｂが形成されている。管端増肉部１ｂの肉厚は、鋼管部１ａの肉厚のほぼ２倍になっている。管端増肉部１ｂには、鋼管部１ａと折り返す部分１ｃとの間に隙間１ｄが形成されている。本実施形態ではこの隙間１ｄにおける耐食性向上が重要である。

また、図１に示すフェライト系ステンレス鋼管１（管端増肉構造体）には、他の鋼管２が重ね隅肉溶接部３を介して接合されている。フェライト系ステンレス鋼管１（管端増肉構造体）と他の鋼管２（鋼管部材）とにより溶接構造体Ａが形成されている。図１に示すように、フェライト系ステンレス鋼管１の管端増肉部１ｂを雄側とし、鋼管２の端部２ａを雌側とし、鋼管２の端部２ａに管端増肉部１ｂが挿入されている。そして、管端増肉部１ｂの外面と鋼管２の端部２ａとの間に重ね隅肉溶接部３が形成されている。

図２には、別の例の溶接構造体Ｂを示す。図２に示す溶接構造体Ｂは、図１の場合と同様に、フェライト系ステンレス鋼管１（管端増肉構造体）に、他の鋼管２が重ね隅肉溶接部３を介して接合されているが、図１との違いは、フェライト系ステンレス鋼管１の管端増肉部１ｂが鋼管部１ａに対して拡管されている点にある。

また、図３には、別の例の溶接構造体Ｃを示す。図３に示す溶接構造体Ｃは、図１の場合と同様に、フェライト系ステンレス鋼管１（管端増肉構造体）に、他の鋼管２が重ね隅肉溶接部３を介して接合されているが、図１との違いは、フェライト系ステンレス鋼管１の管端増肉部１ｂが鋼管部１ａに対して縮管されている点にある。

図１～図３に示すフェライト系ステンレス鋼管１（管端増肉構造体）においては、鋼管部１ａの外径ｄ_１、管端増肉部１ｂの外径ｄ_２、鋼中のＳｉ量（質量％）及びＡｌ量（質量％）の関係が、２．５Ａｌ＋Ｓｉ≧｜{（ｄ_２－ｄ_１）／ｄ_１}｜＋０．１の関係を満たすことが好ましい。この関係を満たす場合に、管端増肉部１ｂの隙間１ｄにおける耐食性をより向上させることができる。

なお、図１～図３に示す溶接構造体では、管端増肉部１ｂの外周面と他の鋼管２との間において重ね隅肉溶接部３が形成された例を示したが、本実施形態はこれに限らず、管端増肉部１ｂの内径よりも僅かに小さな外径を有する鋼管を管端増肉部１ｂの内側に挿入させ、管端増肉部１ｂの内周面と他の鋼管２との間において重ね隅肉溶接部３を形成させてもよい。

また、図１～図３に示す溶接構造体Ａ～Ｃにおいては、重ね隅肉溶接部３の管端増肉部１ｂ側の最大溶け込み深さが、鋼管部１の肉厚ｔに対して０．３ｔ～２．０ｔの範囲とされていることが好ましい。最大溶け込み深さを０．３ｔ以上とすることで、重ね隅肉溶接部３の強度が担保されるとともに、隙間１ｄにおける耐食性を確保できる。ただし、最大溶接深さが２．０ｔを超えると、溶接部の形状が不均一となり、強度の低下や耐食性の劣化、排気ガスの漏れなどの様々な不具合に繋がる可能性があるため、上限は２．０ｔ以下にするとよい。

溶け込み深さを０．３ｔ以上とすることで隙間１ｄにおける耐食性をより向上できる理由は、管端増肉部１ｂの溶接部形状が安定化して、腐食起点となりうる隙間構造が形成されなくなるためと考えられる。さらに溶け込み深さを１．０ｔ超とすれば管端増肉部１ｂにおける隙間１ｄが塞がれ、腐食起点となりうる隙間構造がさらに減少する。これに加え、Ａｌ及びＳｉを鋼中に添加することで、万が一腐食が発生した場合も溶出したＡｌイオンが溶解表面に吸着し、かつＳｉ酸化物が鋼表面に生成することで鋼母材のさらなる溶出を抑制し、溶接部の耐食性劣化を回避できると考えらえる。

なお、最大溶け込み深さとは、図４に示すように、管端増肉部１ｂの外周面と、管端増肉部側への重ね隅肉溶接部３の最深部との間隔ｄ_３する。

このような重ね隅肉溶接部を得るためには、特にシールドガスが必要な溶接においては、選ばれたシールドガスが必要となる。特に管端増肉部１ｂは隙間１ｄの間隔が大きく、不活性ガスによる適正なシールドが不可欠である。具体的にはＡｒが最も望ましい。ＣＯ_２やＯ_２を混合する場合は５％以下とすることが望ましい。

本実施形態のフェライト系ステンレス鋼管は、本実施形態で規定される鋼成分を有するステンレス鋼板を素材とするが、ステンレス鋼板の製造方法は、製鋼－熱間圧延－焼鈍・酸洗－冷間圧延－焼鈍の各工程よりなり、各工程の製造条件については、特に規定するものでは無い。

製鋼においては、前記必須成分および必要に応じて添加される成分を含有する鋼を、転炉溶製し続いて２次精錬を行う方法が好適である。溶製した溶鋼は、鋳造（連続鋳造）することによりスラブとする。スラブは、所定の温度に加熱され、所定の板厚に連続圧延で熱間圧延される。熱間圧延後の焼鈍工程は省略しても良く、酸洗後の冷間圧延は、通常のゼンジミアミル、タンデムミルのいずれで圧延しても良いが、鋼管の曲げ性を考慮するとタンデムミル圧延の方が望ましい。

冷間圧延においては、ロール粗度、ロール径、圧延油、圧延パス回数、圧延速度、圧延温度などは一般的な範囲内で適宜選択すれば良い。冷間圧延の途中に中間焼鈍を入れても良く、中間および最終焼鈍はバッチ式焼鈍でも連続式焼鈍でも構わない。また、焼鈍の雰囲気は、必要であれば水素ガスあるいは窒素ガスなどの無酸化雰囲気で焼鈍する光輝焼鈍でも大気中で焼鈍しても構わない。

更に、ステンレス鋼板を管状に成型する際は、ステンレス鋼板に潤滑塗装を施してプレス成形を向上させても良い。潤滑塗装膜の種類は適宜選択すれば良い。最終焼鈍後に形状矯正のために調質圧延やレベラーを付与しても構わないが、加工硬化能の低下を招くことから、これらは付与しないことが望ましい。

鋼管の製造方法については、適宜選択すれば良く、溶接方法に限定されずＥＲＷ（抵抗溶接）、レーザー溶接、ＴＩＧ溶接（タングステン不活性ガス溶接）等適宜選択すれば良い。また、鋼管のサイズについても用途に応じて決定すれば良い。

ステンレス鋼管の端部に管端増肉部を形成するプロセスは、管端のスピニング加工あるいは鍛造処理が望ましいが、これらの工法についても特に規定するものでは無い。作業能率や寸法精度を考慮すると、スピニング加工の方が望ましい。
また、鋼管部の端部を径方向外側に折り曲げて増肉する場合と、径方向内側に折り曲げて増肉する場合が考えられるが、径方向外側に折り曲げて増肉する場合は、増肉箇所の内径は素管の鋼管部１ａの内径と同じになる。一方、径方向内側に折り曲げて増肉する場合は、管端増肉部１ｂの外径は素管である鋼管部の外径と同じになる。
更に、管端増肉部１ｂを形成した後、次工程にて拡管または縮管を行う工法を採用してもよい。

本実施形態のフェライト系ステンレス鋼板及びフェライト系ステンレス鋼管、管端増肉構造体及び溶接構造体によれば、管端増肉部の隙間における耐腐食性に優れる。これにより、鋼管部の肉厚を小さくすることができ、特に、自動車部品、二輪車用部品として適用する際に鋼管部の薄肉化が可能となり、腐食を防止しつつ部品の軽量化を図ることができ、自動車、二輪車の燃費向上が可能となる。

実施例においては、管端増肉部の隙間における耐食性について把握するための試験を行い、フェライト系ステンレス鋼板、フェライト系ステンレス鋼管、管端増肉構造体及び溶接構造体を構成する元素の影響と管端増肉構造体の拡管または縮管前後の外径の影響について試験した。
以下、実施例に基づいて、本発明をより詳細に説明する。

表１Ａ及び表１Ｂに示す組成の鋼を溶製し、上記を満たした条件で板厚４ｍｍまで熱間圧延を施した。次いでショット・酸洗を施した。その後、板厚１．０ｍｍまで冷間圧延を施し、８８０℃で１分間焼鈍を行い、次いで酸洗を施した。このようにして、フェライト系ステンレス鋼板を製造した。

次に、フェライト系ステンレス鋼板をＵＯ成型により管状に成形し、ＴＩＧ溶接によって溶接してフェライト系ステンレス鋼管を製造した。次に、フェライト系ステンレス鋼管の端部を径方向内側に折り返して図１～図３に示すような管端増肉部を形成した。折り返し部分の長さは５０ｍｍとした。管端増肉部作製にはスピニング加工を適用した。そして、折り返しの曲げ部６０ｍｍの長さで切断した。その後、管端増肉部を拡管または縮管した。このようにして管端増肉部構造体を製造した。

さらに、管端増肉部の内周面側に、同じ化学成分のフェライト系ステンレス鋼板で製造した種々の鋼管を重ねあわせ、管端増肉部の内側の折り返し部分が溶接部となるようにＴＩＧ溶接を行い、全長１００ｍｍ、鋼管部と管端増肉部との重ね隅肉溶接部が中央に位置するＣＣＴ試験片を作製した。その際溶接条件を調整し溶け込み深さを種々の深さにした。

このＣＣＴ試験片を、ＪＡＳＯ－Ｍ６１０－９２の自動車部品外観腐食試験方法で評価した。サイクル数を１００サイクルとし、試験後に溶接部を切断して管端増肉部分の二枚の板を分け、隙間内の最大孔食深さを評価できるようにした。錆落とし後に隙間上下の試験片の孔食深さをそれぞれ１０点測定し、最も深い孔食の値を、その鋼種の最大孔食深さとした。最大孔食深さが３００μｍ未満の条件を◎、３００μｍ以上５００μｍ未満の条件を○、５００μｍ以上の条件を×とした。結果を表２Ａ及び表２Ｂに示す。

表１Ａ～表２Ｂの結果から、２．５Ａｌ＋Ｓｉ≧０．１００を満たす場合は最大孔食深さが小さくなり、評価が◎または○になることがわかる。さらに拡管または縮管された管端増肉構造体は２．５Ａｌ＋Ｓｉ≧｜{（ｄ_２－ｄ_１）／ｄ_１}｜＋０．１を満たす場合に最大孔食深さが非常に小さくなることがわかる。なお、Ａ１、Ａ２、Ａ７、Ａ８、Ａ９、Ａ１０、Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１５、Ａ１７、Ａ１８、Ａ２５、Ａ２７、Ａ３１、Ａ３２、Ａ３３、Ａ３５、Ａ３６、Ａ３８、Ａ３９、Ａ４２、Ａ４４、Ａ４６、Ａ４８、Ａ４９、Ａ５０は参考例である。

試験後の鋼板表面を観察したところ、Ａｌ、Ｓｉ濃度が高い鋼種では、孔食があまり成長しておらず、孔食進展速度が遅いことがわかった。これより鋼中のＡｌ及びＳｉは孔食の成長を抑制することがわかった。特にＡｌは発生初期の孔食内部でイオンとして溶け出し表面に吸着することで孔食成長の抑制及び再不動態化を促進していると考えられる。Ｓｉは孔食内部で酸化物を形成し、孔食成長の抑制及び再不動態化を促進していると考えられる。

一方、比較例Ｂ１～Ｂ１６は、鋼成分が本発明の範囲から外れたため、管端増肉部の耐食性が低下した。

本発明によれば、管端増肉部の隙間の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼管を提供することが可能である。また、本発明を適用した鋼管を、特に自動車、二輪用部品として使用することによって薄肉化が可能となり、効率的な部品製造および燃費向上が可能となる。
即ち、本発明は産業上極めて有益である。

Ａ～Ｃ：溶接構造体、１：フェライト系ステンレス鋼管（管端増肉構造体）、１ａ：鋼管部、１ｂ：管端増肉部、１ｄ：隙間、２：鋼管（鋼管部材）、３：重ね隅肉溶接部。

Claims

鋼母材部と溶接部とからなる鋼管部を有し、
前記鋼母材部が、質量％で、
Ｃ：０．００１～０．１００％、
Ｓｉ：０．０１～５．００％、
Ｍｎ：０．０１～２．００％、
Ｐ：≦０．０５０％、
Ｓ：≦０．０１００％、
Ｃｒ：９．０～３０．０％、
Ａｌ：０．５２１～５．０００％、
Ｎ：０．００１～０．０５０％を含有し、
更に、Ｔｉ：０．０１～１．００％およびＮｂ：０．００１～１．０００％のいずれか１種または２種を含有し、
残部がＦｅおよび不純物であり、
かつ上記Ｓｉ量（質量％）及びＡｌ量（質量％）が、２．５Ａｌ＋Ｓｉ≧０．１００を満たし、
前記鋼管部の長手方向の一端に、前記鋼管部の端部が径方向外側または径方向内側に折り返されてなる管端増肉部が備えられ、
前記鋼管部の外径ｄ_１、前記管端増肉部の外径ｄ_２、前記Ｓｉ量（質量％）及び前記Ａｌ量（質量％）の関係が、２．５Ａｌ＋Ｓｉ≧｜{（ｄ_２－ｄ_１）／ｄ_１}｜＋０．１の関係を満たし、
前記管端増肉部が、前記鋼管部に対して拡管または縮管されていることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼管。
さらに質量％で、
Ｎｉ：０．０１～３．００％、
Ｍｏ：０．０１～３．００％、
Ｓｎ：０．００１～３．００％、
Ｃｕ：０．０１～３．００％、
Ｂ：０．０００１～０．０１００％、
Ｗ：０．００１～１．００％、
Ｖ：０．００１～１．００％、
Ｓｂ：０．００１～０．１００％、
Ｃｏ：０．００１～０．５００％、
Ｃａ：０．０００１～０．００５０％、
Ｍｇ：０．０００１～０．００５０％、
Ｚｒ：０．０００１～０．０３００％、
Ｇａ：０．０００１～０．０１００％、
Ｔａ：０．００１～０．０５０％、
ＲＥＭ：０．００１～０．１００％
の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼管。
請求項１または請求項２に記載のフェライト系ステンレス鋼管からなることを特徴とする管端増肉構造体。
請求項３に記載の管端増肉構造体の前記管端増肉部と、鋼管部材とが重ね隅肉溶接部により接合されてなり、
前記重ね隅肉溶接部の前記管端増肉部側の最大溶け込み深さが、前記鋼管部の肉厚ｔに対して０．３ｔ～２．０ｔの範囲とされていることを特徴とする溶接構造体。