(57)【要約】【課題】  曲げ半径が管の直径の1.2倍以下であるような曲げ加工を施して、管の一端での中心軸の方向が他端での中心軸の方向と160度以上の角度をなすように加工したうえ、さらに、部品用の断面形状をもつように加工する、という厳しい加工条件が要求される用途に、加工条件の厳しい用途に使用するのが難しいとされるフェライト系ステンレス鋼を使用しても、割れなどを発生させないようにする。【解決手段】  フェライト系ステンレス鋼板であって、引張強さTSが500MPa以下、全伸びElが25％以上、平均ｒ値が1.3以上のものを、管状に巻き、突合せ面を溶接してフェライト系ステンレス鋼管となしたもの、あるいは、フェライト系ステンレス鋼管であって、引張強さTSが510MPa以下、全伸びElが20％以上、平均ｒ値が1.3以上のものを用いる。【選択図】  図１
2006272450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェライト系ステンレス鋼板であって、引張強さTSが500MPa以下、全伸びElが25％以上、平均ｒ値が1.3以上のものを、管状に巻き、突合せ面を溶接してフェライト系ステンレス鋼管となし、管中心軸における曲げ半径が該フェライト系ステンレス鋼管の直径の1.2倍以下であるような曲げ加工を施して、該フェライト系ステンレス鋼管の一端での前記管中心軸の方向が他端での前記管中心軸の方向と160度以上の角度をなすようにするとともに、部品用の断面形状をもつように加工したものであることを特徴とする部品用の断面形状をもつフェライト系ステンレス曲管。
【請求項２】
フェライト系ステンレス鋼管であって、引張強さTSが510MPa以下、全伸びElが20％以上、平均ｒ値が1.3以上のものに、管中心軸における曲げ半径が該フェライト系ステンレス鋼管の直径の1.2倍以下であるような曲げ加工を施して、該フェライト系ステンレス鋼管の一端での前記管中心軸の方向が他端での前記管中心軸の方向と160度以上の角度をなすようにするとともに、部品用の断面形状をもつように加工したものであることを特徴とする部品用の断面形状をもつフェライト系ステンレス曲管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調設備や各種プラントの他、自動車や電気機器などの配管として用いられる、部品用の断面形状をもつフェライト系ステンレス曲管に関する。
【背景技術】
【０００２】
空調設備や各種プラントの他、自動車や電気機器などの配管として、該配管特有の断面形状をもつ金属曲管が用いられることがある。そのような金属曲管の一例として、特許文献１に記載のものを図１０に示す。
１０１は自動車のエンジンであり、１０は排気ガスを収集するエキゾーストマニフォールドと呼ばれる、部品用の断面形状をもつフェライト系ステンレス曲管である。
【０００３】
古くは鋳鉄が使われていた部品であるが、耐熱性に加え、耐食性をも確保する目的で、近年、ステンレス鋼管製のものに置き換えられつつある。ちなみに、１はヘッドフランジ、２はブランチ管、３，４，５，６は枝部、９は出口フランジ、１１はフランジ、１２はフロント排気管などと呼ばれる。
図１０に示した自動車エンジン用エキゾーストマニフォールドのような、部品用の断面形状をもつフェライト系ステンレス曲管は、色々な方向に曲がった形状をしているとともに、管の延びる方向に見て断面形状が変化するなど、複雑な形状をしている。
【０００４】
このような複雑な形状をした、部品用の断面形状をもつフェライト系ステンレス曲管を得るには、例えば、特許文献２に記載のようなフェライト系ステンレス溶接鋼管に曲げ加工や拡管加工などを施す方法がある。
ところで、前記した自動車エンジン用エキゾーストマニフォールドのような、部品用の断面形状をもつフェライト系ステンレス曲管も含め、先述の、空調設備や各種プラントの他、自動車や電気機器などの各種配管には、その形状以外にも様々な特性が要求される場合がある。即ち、使用環境下で変形したり破壊したりしないようにするため、強度の他、耐熱性、耐食性などが要求される場合がある。
【０００５】
従って、先述のような各種配管の設計に際しては、素材金属管の材質が、まず重要になる。つまり、複雑な形状に加工しても割れたりしない高い加工性が、素材金属管にはまず要求され、しかも、先述のように、強度、耐熱性、耐食性などもあわせもつ材質が要求される場合があるということである。
加えて、設計上、必要な肉厚（金属管の板厚）を確保することも、次に重要になる。腐食や磨耗による減肉の影響や、温度上昇による強度低下の影響があった場合でも、十分耐えられるように、配管の板厚を厚く設計しておくことで、耐久性を確保する。即ち、その配管に要求される耐食性や耐熱性などの特性から、使用する素材の材質が決まるが、材質が決まれば、その使用する最高温度下での強度も決まるため、前述の腐食や磨耗による減肉の影響や、温度上昇による強度低下の影響があった場合でも、十分耐えられる板厚の下限も決まる。
【０００６】
すると、以上述べたようにして設計した各種配管は、製造段階で、そのような板厚の下限を下回らないように実際に成形することが重要になる。即ち、成形により減肉が発生するような場合には、減肉を可及的に小さくして、前述の板厚の下限を下回らないようにすることが重要になるのである。
前記のような部品用の断面形状をもつ金属曲管を製造するに際しては、フェライト系ステンレス鋼管をはじめとする各種金属管を素材に用いれば、部品点数が少なくなるとともに、工数が減り、素材金属管の歩留まりも向上することから、低コスト化の可能性が出てくる。
【０００７】
ところで、素材に鋼管を用い、部品用の断面形状をもつ金属管を製造する方法として、ハイドロフォーミングが知られており、さらに、特許文献３のように金型の形状を工夫する方法や、特許文献４、特許文献５のようにハイドロフォーミングに用いる素材鋼管の機械的特性や表面性状を規定する方法も知られている。
【特許文献１】特開2002-106343号公報
【特許文献２】特開平6-279948号公報
【特許文献３】特開2000-343141号公報
【特許文献４】特開平10-175027号公報
【特許文献５】特開2000-17329号公報
【非特許文献１】日本塑性加工学会編「ロール成形」コロナ社、ｐ１３５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、昨今、図１０に示した自動車エンジン用エキゾーストマニフォールドのような部品よりも、加工の際にさらに開孔しやすい、従って、加工の際により高度な加工技術を要する部品のニーズも出てきている。
その具体例は後述するとして、そのような、さらに高度な加工技術を要する部品のニーズとして、どのような形状的な特徴や、加工法上の要求があるのか、ということについて、以下に述べることにする。
【０００９】
まず、曲げ加工を行うことが前提であり、その際、「曲げ半径Ｒ／管の直径Ｄ」が1.2以下で、曲げ角度が160度以上というような形状的な特徴がある。
そして、曲げ加工に伴って、多くの場合、減肉が発生することは先にも述べたが、そのように、曲げ角度が160度以上と大きくなるほど、減肉が顕著になるため、曲げ加工後に、耐食性や耐熱性などの特性を確保できる設計上の下限板厚を下回らないようにする必要がある、という加工法上の要求がある。
【００１０】
160度以上の曲げ加工を減肉を抑制しつつ行うためには、曲げ加工を１回ではなく、２回、３回に分けて行うことで、多少効果はあるものの、あまりに曲げ回数を増やすと、工数とコストの増大を招く。
加えて、部品用の断面形状をもつ金属管にするために、機械加工により拡管を行うものとすれば、断面形状の造り込みには複雑な形状の芯金を挿入する必要が生じる。
【００１１】
とすれば管内部に液圧を付与して膨張させ、外側を所望形状の型で締めて成形する、先述のハイドロフォーミングが有力な加工法として期待される。しかし、先述の特許文献３，４，５のものは、いずれも、ハイドロフォーミングを、直管に対して行うことを前提としており、このような方法では、曲げ角度が先述のように160度以上と非常に大きな金属管に対して行うのに有効かどうかは全くの未知数である。
【００１２】
しかも、先述のような各種配管用の素材として、耐食性あるいは耐熱性を要求されるような用途には、SUS304に代表されるオーステナイト系ステンレス鋼管が用いられることも多いが、コスト高の問題があり、最近では、比較的安価でありながら、これまでの種々の研究により、耐食性や加工性がオーステナイト系ステンレス鋼管に近づきつつある、フェライト系ステンレス鋼管を素材として用いようとする動きも出てきている。
【００１３】
とはいえ、耐食性や加工性がSUS304に近づいてきたとはいうものの、フェライト系ステンレス鋼は、未だ伸びなどの加工性に若干の改善が望まれ、加工条件の厳しい用途には、使用が難しい。
以上述べたように、曲げ半径が管の直径の1.2倍以下であるような曲げ加工を施して、管の一端での中心軸の方向が他端での中心軸の方向と160度以上の角度をなすように加工したうえ、さらに、部品用の断面形状をもつように加工する、という厳しい加工条件が要求される用途に、加工条件の厳しい用途に使用するのが難しいとされるフェライト系ステンレス鋼を使用しても、割れなどを発生させないようにする、というのが本発明の課題である。
【００１４】
本発明は、上述のような従来技術の問題を解決するべくなされた、部品用の断面形状をもつフェライト系ステンレス曲管である。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
すなわち、本発明は、以下の通りである。
（１）  フェライト系ステンレス鋼板であって、引張強さTSが500MPa以下、全伸びElが25％以上、平均ｒ値が1.3以上のものを、管状に巻き、突合せ面を溶接してフェライト系ステンレス鋼管となし、管中心軸における曲げ半径が該フェライト系ステンレス鋼管の直径の1.2倍以下であるような曲げ加工を施して、  該フェライト系ステンレス鋼管の一端での前記管中心軸の方向が他端での前記管中心軸の方向と160度以上の角度をなすようにするとともに、部品用の断面形状をもつように加工したものであることを特徴とする部品用の断面形状をもつフェライト系ステンレス曲管。
【００１６】
上記において、引張強さTS、全伸びElは、JIS  Z  2201に規定する5号試験片を用い、同JIS  Z  2241の規定に従って測定された値とする。
ｒ値は試験片の引張を伸びが15％の時点で停止し、引張部の厚みｔと幅ｂを測定し、引張前の厚みt0、幅b0より、
ｒ値＝log(b/b0)/log(t/t0)
にて計算された値とする。
【００１７】
平均ｒ値は、フェライト系ステンレス鋼管の延びる方向が長さ方向となるような方向に切り出した試験片について、その長さ方向に測定したｒ値をｒ0、長さ方向に対し、表面内で45度をなす方向に測定したｒ値をｒ45、表面内で90度をなす方向に測定したｒ値をｒ90、とした場合、
平均ｒ値＝（ｒ0＋２ｒ45＋ｒ90）／４
である。
（２）  フェライト系ステンレス鋼管であって、引張強さTSが510MPa以下、全伸びElが20％以上、平均ｒ値が1.3以上のものに、管中心軸における曲げ半径が該フェライト系ステンレス鋼管の直径の1.2倍以下であるような曲げ加工を施して、該フェライト系ステンレス鋼管の一端での前記管中心軸の方向が他端での前記管中心軸の方向と160度以上の角度をなすようにするとともに、部品用の断面形状をもつように加工したものであることを特徴とする部品用の断面形状をもつフェライト系ステンレス曲管。
【００１８】
上記において、引張強さTS、全伸びElは、JIS  Z  2201に規定する12A号試験片を用い、同JIS  Z  2241の規定に従って測定された値とする。
なお、ｒ値および平均ｒ値については前記と同様であるが、JIS Z 2201に規定されているように12A号試験片断面形状が円弧であるため、引張前幅b0、引張後幅bについては試験片の円弧にそった弧長とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、曲げ半径が該フェライト系ステンレス鋼管の直径の1.2倍以下であるような曲げ加工を施して、該フェライト系ステンレス鋼管の一端での中心軸の方向が他端での中心軸の方向と160度以上の角度をなすような、複雑な形状の部品を低コストで製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１に本発明の部品用の断面形状をもつフェライト系ステンレス曲管（以下、管）の一実施形態を示す。図１のものは自動車用排気系部品の一つである。曲げ加工前の素材の管の直径Ｄはφ50であり、曲げ加工が施されることで、管の一端での中心軸の方向Xが他端での中心軸の方向Yと160度の角度θをなすように曲げられる。また、管の中心軸における曲げ半径Ｒは60mmであり、直径Ｄが50mmであるのに対して、Ｒ／Ｄ＝1.2の関係を有するようにしている。
【００２１】
本発明では、曲げ半径が該フェライト系ステンレス鋼管の直径の1.2倍以下であるような曲げ加工を施して、該フェライト系ステンレス鋼管の一端での中心軸の方向が他端での中心軸の方向と160度以上の角度をなすようにすることを規定するが、以上はそれに対応している。
なお、金属管の一端での中心軸の方向が該金属管の他端での中心軸の方向と160度以上の角度をなすとは、２次元的な加工が行われ、金属管の一端での中心軸の方向が該金属管の他端での中心軸の方向と同じ仮想平面内にある場合に限られるものではない。２次元的な曲げ加工後にハイドロフォーミングが行われ、しかる後に３次元的な加工が行われるか、３次元的な曲げ加工後にハイドロフォーミングが行われるか、いずれにしても、３次元的な加工が行われた結果、図３に示すように、金属管の一端での中心軸の方向が該金属管の他端での中心軸の方向と同じ仮想平面内にない場合、金属管の一端での中心軸の方向と該金属管の他端での中心軸の方向とのなす角度とは、どちらかの中心軸を仮想的に平行移動させて交差させたときに両軸のなす角度θのことを指すものとする。
【００２２】
本発明にいう“部品用の断面形状をもつ”とは、曲げ加工された金属管のどこか一部でも、中心軸上のある点をとった場合に、その点での中心軸方向を法線とするような仮想平面で切られるその金属曲管の断面が、部品としての機能を満たすべくデザインされた単純でない形状であることを意味する。単純でないとは、断面円筒形の金属管に曲げ加工を加えただけとか、もしくはそれが扁平されただけのようなものを除くことを意味する。
【００２３】
さらに、本発明のフェライト系ステンレス曲管の断面形状は、その中心軸方向に変化する場合もある。後述のハイドロフォーミングよって断面形状が複雑な形状に変形してしまう部分も出てくるから、中心軸がどこであるか、もはや不明になる場合も出てくるため、中心軸方向というより、フェライト系ステンレス曲管の延伸する方向といった方が正確であるが、いずれにせよ、図１中において管の１端a-a部ではほぼ半円形、b-b部ではほぼ三角形、c-c部では管と同じ直径の円形、d-d部では円形であるがその直径がφ60と拡大されている。
【００２４】
本発明で対象とするフェライト系ステンレス鋼板またはフェライト系ステンレス鋼管は、耐食性を確保する観点から、最低限、９mass%以上のCrを含むものとするのが好ましい。上限は、特に規定するものではないが、引張強さTSが510MPa以下、全伸びElが20％以上、平均ｒ値が1.3以上という条件を満たす限りにおいて、JIS  G  4304に規定されているような、世に知られているものの現実的なCr含有率の上限からして32mass%まであり得る。
【００２５】
本実施形態では、曲げ加工前の素材金属管にはSUS430を用いている。SUS430はCrを17〜18質量％含む代表的なフェライト系ステンレス鋼の１種である。
さらに、本実施形態では、成分、製造条件の調整により、第１の本発明の要件を満たす、引張強さTSが500MPa、全伸びElが25％、平均ｒ値が1.3を有するフェライト系ステンレス鋼板に製造されたものを、管状に巻き、突合せ面を溶接してフェライト系ステンレス鋼管となしたものが曲げ加工前の素材金属管として用いられている。
【００２６】
図２に、本発明の部品用の断面形状をもつフェライト系ステンレス曲管のもう一つの実施形態を示す。図２も自動車用排気系の一部品である。曲げ加工前の素材金属管の直径はφ50であり、曲げ加工後のフェライト系ステンレス鋼管の一端での中心軸の方向Xが他端での中心軸の方向Yと180度の角度をなすように曲げ加工がされており、ちょうどＵ字状をなしている。
【００２７】
また、管の中心軸における曲げ半径Ｒは50mmであり、直径Ｄが50mmであるのに対して、Ｒ／Ｄ＝1.0の関係を有するようにしている。さらに本実施形態のフェライト系ステンレス曲管の断面形状は、その中心軸方向に変化しており、図中において管の１端e-e部ではほぼ半円形、f-f部ではほぼ三角形、g-g部では管と同じ直径の円形、h-h部は円形であるがその直径がφ60と拡大されている。
【００２８】
なお、本実施形態のフェライト系ステンレス曲管はＥ部がさらに90度の角度で図の上側に曲げられているが、これは、図１のものとは別の部品であるため、たまたまそのような形状をしているにすぎないのであって、このように３次元的な形状のものも、本発明の趣旨を何ら逸脱するものではなく、本発明の範囲に入る。
また、図２のもののように、３次元的な形状をした本発明のフェライト系ステンレス曲管は、曲げ加工後に後述のハイドロフォーミングを行ったものにさらに３次元的な形状への加工を行ったものも、曲げ加工後に３次元的な形状への加工を行ったものにさらにハイドロフォーミングを行ったものも、あるいはハイドロフォーミングを行ったものに曲げ加工や３次元的な形状への加工を行ったものも含め、本発明の範囲に入る。
【００２９】
なお、図２のものは、曲げ加工前の素材金属管にはSUH409の１種を用いている。SUH409はJISでは耐熱鋼に分類されているが、Crを10〜11mass％含むフェライト系ステンレス鋼の一種であり、第一の本発明の要件を満たす、引張強さTSが390MPa、全伸びElが38％、平均ｒ値が1.3のフェライト系ステンレス鋼板に製造されたものを、管状に巻き、突合せ面を溶接してフェライト系ステンレス鋼管となしたものが曲げ加工前の素材金属管として用いられている。
【００３０】
ここで、図２のものが、SUS430ではなく、SUH409を使用しているのは、曲げ加工における曲げ角度ならびに曲げ半径の加工条件が図１のものよりも厳しく、加工の際にさらに開孔しやすいからである。従って、加工の際により高度な加工技術が必要となる。
状況により、ここで図２のものに用いたSUH409を図１のものに用いるなどすることも、本発明は何らこれを妨げるものではない。
【００３１】
一般的に、SUH409は、SUS430に比べ、加工性には優れるが、Crの含有量がSUS430より少ないため、耐食性には劣るとされる。
よって、図２のものも含めたその他のあらゆる形状への加工に対し、SUH409とSUS430という２者択一の場合も含めたその他のあらゆる素材のフェライト系ステンレス鋼板からの材質選択を、本発明の要件を満たす限りにおいて、対象とするフェライト系ステンレス曲管に要求される耐熱性や耐食性の条件から適宜行ってよい。
【００３２】
次に、本発明の部品用の断面形状をもつフェライト系ステンレス曲管の製造方法について説明する。
まず、フェライト系ステンレス鋼板であって、引張強さTSが500MPa以下、全伸びElが25％以上、平均ｒ値が1.3以上のものを、ロールフォーミング（例えば非特許文献１）などの方法によって円管状に巻き、続いて突合せ面を高周波溶接などの方法で溶接して、管とする。
【００３３】
これを適切な長さに切断する。発明者らの調査によると、前述のSUS430をこの方法でφ50の電縫管とし、JIS  Z  2201に規定する12A号試験片を切り出して、引張試験を行ったところ、TSは510MPa、Elは20％、平均ｒ値は1.3であり、SUH409の場合はTSは408MPa、Elは35％、平均ｒ値は1.3であった。
次に、この管に曲げ加工を行う。図１の例では曲げ加工の曲率半径Ｒを管の直径Ｄ×1.2とし（Ｒ／Ｄ＝1.2）、160度の曲げ加工を行った後、加工すべき外形形状の転写内形形状をもつ金型にセットし、管内に液圧を作用させるとともに、管の少なくとも一端に軸方向の押し力を作用させるハイドロフォーミングを行って、管の断面形状が中心軸方向に変化するようにする。図２の例では、同じくＲ／Ｄ＝1.0として180度の曲げ加工を行う。
【００３４】
以上述べた製造方法は、図１、図２いずれの部品用の断面形状をもつフェライト系ステンレス曲管を製造する場合も本質的に同じであるので、ここではより加工条件の厳しい図２のものの場合について、以下に、図４を用いてさらに詳細に説明する。
曲げ加工後の管の形状の目標は、その一端での中心軸の方向Ｘが他端での中心軸の方向Ｙと180度の角度をなすＵ字状であるため、まず180度の曲げ加工を行う。その曲げ加工は回転引き曲げと呼ばれる方法で行う。ここで用いた回転引き曲げ機は、その機械仕様上、１回で90度までの曲げ加工ができるので、図４（a）のように180度の曲げ加工を90度ずつ２回に分けて行うのが最も工数が少なくてすむ。ただ、理論上は、ハイドロフォーミングも含めた最終的な加工終了後のフェライト系ステンレス鋼管の曲げ加工が行われた部分の減肉の程度が許す限度において、１回で最大180度の曲げ加工を行うこともできる。
【００３５】
一方、図４（b）では180度の曲げ加工を60度ずつ３回に分けて行っているが、このように曲げ加工の回数を多くして、1回の曲げ加工の角度を小さくするほど、ハイドロフォーミングも含めた最終的な加工終了後のフェライト系ステンレス鋼管の曲げ加工が行われた部分の減肉を抑制できる。
しかしながら、曲げ加工の回数を多くするほど、工数が増え、生産能率が低下するため、それを抑制する観点から、４回以下で180度の曲げ加工が完了するのが好ましく、また、必ずしも等しい角度ずつ曲げる必要はなく、例えば、３回の場合の例でいえば、70度、55度、55度という具合に行っても良い。このようなことから、曲げ加工は、１回の曲げ角度が70度以下となるように行うのが好ましい。
【００３６】
180度の曲げ加工を行った後に、ハイドロフォーミングに先立って、焼鈍を行っても良い。焼鈍を行うことで、延性が回復するからである。
図４（c）にハイドロフォーミングを行うようすを示す。ハイドロフォーミングでは、180度の曲げ加工後の管を、加工すべき外形形状の転写内形形状をもつ金型にセットし、管内に液圧を作用させるとともに該管の少なくとも一端に中心軸方向の押し力を作用させる。素材である管をセットできるようにするため、金型４０は、図４（c）の下図（側面図）に示すように分割されており、180度の曲げ加工後の管のセット後は、液圧、それに、軸押し力が作用することで開放してしまわないように締結される。
【００３７】
管内に液圧を作用させることで、管が膨らみ、加工すべき外形形状の転写内形形状に予め加工した金型に当接するため、次第に金型の内形形状に沿うように変形していくが、その際に、同時に管の両端に軸押し力を作用させる。
軸押し力を作用させることで、180度の曲げ加工の際に発生した減肉が、さらに進展しようとするのを抑制するとともに、軸押しによる圧縮で、180度の曲げ加工の際に減肉の発生した部分に素材であるフェライト系ステンレス鋼管の一部を供給し、これにより、減肉を抑制ないしは減肉した分を補償することができる。しかしながら、過度の軸押しは管に座屈を発生させる。液圧と軸押し力の関係を適切に調整することが重要になる。
【００３８】
次にはU字成形管の１端をさらに90度曲げるが、これは前記したように付加的な加工であり、本発明の趣旨を何ら逸脱するものではないので、特に条件を規定するものではない。
図１に示した、全体U字状で断面形状がその中心軸方向に変化する、部品用の断面形状をもつフェライト系ステンレス曲管の製造方法の場合を例に、以下、製造時のようすについて説明する。本発明例では、曲げ加工前の素材金属管には、第１の本発明の要件を満たす、引張強さTSが500MPa、全伸びElが25％、平均ｒ値が1.3を有する厚さ2mmのフェライト系ステンレス鋼板を、管状に巻き、突合せ面を溶接してフェライト系ステンレス鋼管となしたものを用いたが、比較のため、表１に示す３種の材料Ａ、Ｂ、Ｃを用いて、図１に示した、全体U字状で断面形状がその中心軸方向に変化する、部品用の断面形状をもつフェライト系ステンレス曲管を製造した。
【００３９】
なお、表１中のTS、ELの特性は、JIS  Z  2201に規定する12A号試験片を用い、同JIS  Z  2241の規定に従って測定された値である。
平均ｒ値は、先述と同様、フェライト系ステンレス鋼管の延びる方向が長さ方向となるような方向に切り出した試験片について、その長さ方向に測定したｒ値をｒ0、長さ方向に対し、表面内で４５度をなす方向に測定したｒ値をｒ45、表面内で９０度をなす方向に測定したｒ値をｒ90、とした場合、
平均ｒ値＝（ｒ0＋２ｒ45＋ｒ90）／４
である。
【００４０】
【表１】
2006272450.tif 000003
【００４１】
ちなみに、表１中、φ50管での値は、フェライト系ステンレス鋼板を、直径50mmの電縫鋼管（ロールフォーミング後、高周波溶接）に加工した後、JIS  Z  2201に規定する12A号試験片を用い、同JIS  Z  2241の規定に従って測定された値である。
管への加工によって、加工硬化を起こすため、表１のようにTSがやや上昇し、ELはやや下降する。また、ｒ値はほぼ同一値を保つ。
【００４２】
図５には、上記Ａ材を用いて、曲げ回数を種々変更した場合に、それぞれ、曲げ外周部の板厚がどのようになるか、すなわち、減肉がどの程度になるかを測定した結果を示している。（１）は80度ずつ２回に分けて、（２）は53.3度ずつ3回に分けて、（３）は40度ずつ4回に分けて、それぞれ160度の曲げ加工を行った場合のものである。
いずれも160度の曲げ加工を行ったものであるが、曲げ回数に相当する数の板厚の極小箇所があることがわかる。そして、各極小箇所の最小板厚の中でも最小の板厚は、（３）が最も厚く、（３） ＞ （２） ＞ （１）の順に薄くなる。即ち、曲げ回数が多くなるほど最小板厚が厚く、160度の曲げ加工に伴う減肉が抑制されていることがわかる。
【００４３】
次に４回曲げの場合において、Ａ、Ｂ材の曲げ加工後の板厚を図６に示す。Ｃ材にも曲げ加工を施したが、１回目の曲げで割れが発生してしまい、それ以上の加工を断念した。図６を見ると、Ａ材では、最小板厚が1.5mm以上あるのに対し、Ｂ材では最小板厚が1.4ｍｍとなっている。
さらにＡ、Ｂ材で３、４回曲げにて得られたフェライト系ステンレス曲管を850〜900℃で10分間、一度焼鈍して延性を回復した後、ハイドロフォームを行った結果を表２に示す。Ａ材の場合は、３回曲げ＋ハイドロフォームで最小板厚1.5mmを確保しており、４回曲げ＋ハイドロフォームでは最小板厚1.55mmを確保している。一方、Ｂ材＋ハイドロフォームでは、３回曲げでも４回曲げでもハイドロフォーム後に割れが発生し、正常な部品が得られなかった。
【００４４】
【表２】
2006272450.tif 000004
【００４５】
なお、Ａ材を用いて製造された部品は、実際にテスト車に装着してエンジンベンチ試験（疲労試験）、塩水路走行試験（耐食試験）にも合格し、性能的にも問題なかった。
次に、図２に示した、断面形状がその中心軸方向に変化する、部品用の断面形状をもつフェライト系ステンレス曲管の製造方法の場合を例に、以下、製造時のようすについて説明する。表３に示す４種の材料Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅを用いて、図２に示した、断面形状がその中心軸方向に変化する、部品用の断面形状をもつフェライト系ステンレス曲管を製造した。曲げ回数は３回または４回とした。また、曲げ後に850〜950℃で10分間、一度焼鈍し、ハイドロフォームを行った点は、前述と同様である。また、図２に示した、断面形状がその中心軸方向に変化する、部品用の断面形状をもつフェライト系ステンレス曲管は、一端に３次元的に90度曲げを行った部分があるが、この部分は本発明の趣旨を何ら逸脱するものではない。結果を以下に示す。
【００４６】
【表３】
2006272450.tif 000005
【００４７】
【表４】
2006272450.tif 000006
【００４８】
Ａ材が３回曲げでは割れが発生してしまうのは、図２の形状が、図１の形状に比べ、曲げ角度や曲げ半径が本特許請求範囲境界を超えてより厳しいことが理由である。しかし曲げ回数を４回に増やせば本発明の範囲内のＡ材は、曲げ加工が可能であり、続くハイドロフォームまで問題なく成形できることがわかった。
また、より加工性の高いSUH409のＤ材は、曲げ回数によらず加工は成功した。一般に加工が厳しい場合は曲げ回数を増やすよりも、材料をより特性の高いものに変えることの方が容易である。このような最適化も本発明の範疇で適宜実施できる。
【００４９】
しかし、同じSUH409でも平均ｒ値が本発明範囲を下回るＥ材の場合は状況が異なる。まず、曲げ加工では３回曲げ、４回曲げとも割れを発生させることなく加工できたが、最小板厚はＤ材よりも小さい値となった。これが影響して次のハイドロフォーミングでは３回曲げを行ったもので、割れが発生した。また、４回曲げを行ったものでは、割れは発生しなかったが、最小板厚は1.47mmと、かなり薄くなった。
【００５０】
さらに上記各供試材について、耐食試験を行ったところ、Ａ材、Ｄ材を用いた部品用の断面形状をもつフェライト系ステンレス曲管では耐食性に問題はなかったが、Ｅ材を用いたものは、４回曲げ＋ハイドロフォームしたものだと、最小板厚部分で、塩水路走行試験（耐食試験）にて腐食により開孔し、不合格となった。
即ち、Ｅ材はＡ材よりCr量が少なくて腐食が速く進行する上、Ｄ材を用いたものより最小板厚が薄いため、他のものより早く開孔したと考えられる。結果的に、満足のいく結果が得られたのは、本発明の範囲に入るＡ材とＤ材であった。
【００５１】
ただ、もしも曲げ回数を５回以上に増やせば、Ｂ材、Ｅ材でも割れを発生させないようにすることは可能になるかもしれない。しかし、曲げ回数を増やすことは、工数やコストの増加を招くため、好ましいことではない。実用的には曲げ回数は多くても４回が限度であるため、図２に示した、断面形状がその中心軸方向に変化する、部品用の断面形状をもつフェライト系ステンレス曲管の例では、４回曲げが必要なＡ材よりもＤ材の方が好ましい。しかし、本発明は加工方法、条件については特に規定しないので、Ａ材を用いることは、何ら本発明の範囲を逸脱しない。特に、製造される頻度のより高い、図１に示した、全体U字状で断面形状がその中心軸方向に変化する、部品用の断面形状をもつフェライト系ステンレス曲管であれば、Ａ材でも十分である。
【００５２】
次に、第２の本発明について説明する。上記の第１の本発明についての説明中では、本発明に用いる材料としては、主として、フェライト系ステンレス鋼板の場合について、特性値としてTS、EL、平均ｒ値を規定した。
しかし、表１または表３に示したように、このようなフェライト系ステンレス鋼板を管に加工した段階で、これら特性値は若干変化する。
【００５３】
そして、以降の曲げ加工などに影響を与えるのは実際にはこれら管にした段階での特性値であることは工学的な考察より明らかである。
従って、もし第一の本発明範囲からはずれるフェライト系ステンレス鋼板を用いたとしても、管に加工した段階で、第二の本発明範囲に入るフェライト系ステンレス鋼管を製造できれば（即ち、管の状態で、引張強さTSが510MPa以下、全伸びが20％以上、平均ｒ値が1.3以上のものにできれば）、本発明の効果は同様に得られるのである。
【００５４】
具体的には、TSが高かったり、ELが低かったり、平均ｒ値が低かったりと、特性の良くない材料を用いたとしても、管への加工をロールフォーミングではなく、図７に示すような板巻き加工とすることなどにより、加工硬化を小さくでき、第二の本発明範囲に入るフェライト系ステンレス鋼管を得られる場合がある。このときの溶接方法は、先述と同じ高周波溶接でよいが、TIG、PLASMA、またはレーザー溶接などでももちろん良い。なぜなら、高周波溶接は、ロールフォーミング材のような非常に長さの長い管を連続で高速溶接するのに向いており、一方で、溶接開始、終了端の非定常部が長く、板巻き材のような短い管を繰り返し溶接する場合は歩留まりが悪いため、そのように、板巻き材のような短い管を繰り返し溶接する場合は、TIG、PLASMA、またはレーザー溶接などの方が向いているからである。
【実施例】
【００５５】
（実施例１）
本発明の部品用の断面形状をもつフェライト系ステンレス曲管の例として、自動車用排気管に用いた管の場合の例を、図８に示す。１０１は自動車のエンジンであり、この例ではV型６気筒のエンジンが車体に横置きに搭載されている。１０２は６気筒のうち、車体前側の３気筒から排出される排気ガスを収集するエキゾーストマニフォールド、１０３は車体後方３気筒から排出される排ガスを収集する別のエキゾーストマニフォールドである。
【００５６】
両エキゾーストマニフォールドから排出された排気ガスは、さらに、排気管１０４および１０５を経由し、集合管１０６にて１本にまとめられ、車体後方に排出される。
この際、エンジン１０１の前方３気筒と後方３気筒の性能をそろえ、排気の相互干渉をなくしてエンジン性能を向上させるために、排気管１０４と１０５はその長さを等しく設計することが求められる。
【００５７】
しかるに、エンジンの配置から前３気筒と後３気筒の位置関係を考慮すると、排気管１０５は図８に示すように方向を180度近く曲げた形状とならざるを得ない場合がある。先述の図１および図２はそのような排気管１０５の典型的な２例の拡大図である。通常必要な曲げ角度は160度以上である。
しかも、エンジンの性能の向上のためには、排気管の断面積（直接的には図１、２における直径Ｄ）は、できるだけ大きいことが望ましく、かつエンジン下の非常に狭いスペースに配置する必要から、部品の大きさを小さくするために、曲げ半径（図１、２における管の中心軸における曲げ半径Ｒ）はできるだけ小さいことが望まれる。即ち、Ｒ／Ｄの値ができるだけ小さいことが望まれるが、自動車用では、Ｒ／Ｄが1.2以下のものが望まれる。
【００５８】
また、同じ直径のフェライト系ステンレス鋼管から作られていても、その中を通過するガスの通過抵抗を減らし、また他の部品との取り合いの問題などから、排気管の断面形状は円形や、それを若干つぶしただけの楕円形ではなく、図１、２に示すように、断面形状がその中心軸方向に変化することが望まれる。
（実施例２）
以上、自動車用排気管について説明したが、他には例えば、図９に示す空調機部品のラジエータ配管に用いる部品２０１などがある。
【００５９】
このような部品用の断面形状をもつフェライト系ステンレス曲管の場合、配管はできるだけ密に配する必要があるから、図９に示す部品用の断面形状をもつフェライト系ステンレス曲管の曲げ角度は180度となっている。また、Ｒ／Ｄは1.0以下となっている。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の部品用の断面形状をもつフェライト系ステンレス曲管の一実施形態を示す図である。
【図２】本発明の部品用の断面形状をもつフェライト系ステンレス曲管の別の実施形態を示す図である。
【図３】本発明の部品用の断面形状をもつフェライト系ステンレス曲管の別な例を示す図である。
【図４】180度の曲げ加工後、ハイドロフォーミングを行なってU字管の製造を行なうようすを示す図である。
【図５】曲げ回数を種々変更した場合に、曲げ外周部の減肉の程度がどのように変化したかを示す図である。
【図６】平均ｒ値を変更した場合に、曲げ外周部の減肉の程度がどのように変化したかを示す図である。
【図７】板巻き加工について説明するための図である。
【図８】本発明の一実施例を示す図である。
【図９】本発明の別の実施例を示す図である。
【図１０】従来例を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１      ヘッドフランジ
２      ブランチ管
３，４，５，６      枝部
９      出口フランジ
１１    フランジ
１２    フロント排気管
４０    金型
１０１  自動車のエンジン
１０２、１０３      エキゾーストマニフォールド
１０４、１０５      排気管
１０６  集合管
２０１  ラジエータ配管に用いる部品
Ｘ      一端での中心軸の方向
Ｙ      他端での中心軸の方向
Z       金型に押付けられる部分
Ｗ      側線部
θ      金属管の一端での軸の方向と該金属管の他端での軸の方向とのなす角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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