(57)【要約】【課題】管の端部などの溶接部にスピニング加工を施す際の割れの発生を抑制し得る、排気系膨径部材に供するフェライト系ステンレス鋼について提案する。【解決手段】質量％で、Ｃ：0.02 ％以下、Si：2.0％以下、Mn：2.0％以下、Ni：0.6 ％以下、Nb：0.1〜1.0％、Ｐ：0.040％以下、Ｓ：0.01 ％以下およびＮ：0.02％以下を含み、さらにCrをCr +６Si：12.0〜22.0％の関係を満足する範囲において、またAlおよびTiをAl＋Ti：0.010％以下の関係を満足する範囲において、それぞれ含有する成分組成とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：0.02％以下、
Si：2.0％以下、
Mn：2.0％以下、
Ni：0.6 ％以下、
Nb：0.1〜1.0％、
Ｐ：0.040％以下、
Ｓ：0.01％以下および
Ｎ：0.02％以下
を含み、さらにCrをCr +６Si：12.0〜22.0％の関係を満足する範囲において、またAlおよびTiをAl＋Ti：0.010％以下の関係を満足する範囲において、それぞれ含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成になることを特徴とするスピニング加工性に優れた排気系膨径部材用のフェライト系ステンレス鋼。
【請求項２】
請求項１において、さらに、質量％で
Ｖ：0.01〜0.5 ％、
Co：0.01〜0.25％および
Ｗ：0.001 〜0.05％
のうちから選んだ１種または２種以上を含有する組成になることを特徴とするスピニング加工性に優れた排気系膨径部材用のフェライト系ステンレス鋼。
【請求項３】
請求項１または２において、さらに、質量％で
Cu：3.0 ％以下および
Mo：3.0 ％以下
のうちから選んだ１種または２種を含有する組成になることを特徴とするスピニング加工性に優れた排気系膨径部材用のフェライト系ステンレス鋼。
【請求項４】
請求項１、２または３において、さらに、質量％で
Ｂ：0.0002〜0.0030％
を含有する組成になることを特徴とするスピニング加工性に優れた排気系膨径部材用のフェライト系ステンレス鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マフラーや触媒コンバータのハウジング等の、排気系膨径部材の素材として好適なフェライト系ステンレス鋼に関し、特にスピニング加工性の優れたフェライト系ステンレス鋼に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の排気系部材には、従来、加工性と耐食性に優れたSUS 409L、SUS429或いはSUS 436Lなどのフェライト系ステンレス鋼が多用されている。例えば、自動車のエンジンから排出された排気ガスを処理する、触媒コンバータのハウジングやマフラーがその一例である。
【０００３】
上記したハウジングの一般的な形状を図１に示す。同図に示したとおり、触媒コンバータのハウジングは、触媒担体を収容する比較的大径の本体ｒ1 とエキゾーストパイプに接続される比較的小径の接続部ｒ3を有し、さらに本体ｒ1 から接続部ｒ3 に向かって漸次小径となるテーパ状のコーン部ｒ2 とにより構成されている。
【０００４】
このような触媒コンバータのハウジングは、一般に、本体ｒ1 とほぼ同じ径の素管をスピニング加工により成形して製造される場合が多い。例えば、特許文献１には、素管の一端を芯金上に固定し、素管の外周に案内ロールを備えたローラーを複数個対称的に配備して、しごき加工を行う方法が開示されている。また、特許文献２には、素管を３つのローラーで把持し、ローラーの傾斜角を規定して、素管を回転することにより、しごき加工を行う方法が開示されている。
【０００５】
このようなスピニング加工によってテーパを有する管材を成形する方法は、板材をプレスしてそれらを溶接にて接合して製造する方法に比べて、
１）材料の歩留りが良い、
２）一体成形が可能で溶接部の信頼性低下がない、
３）型が不要、
４）工数が少ない
等の利点があるが、一方で、プレスを利用する方法に比べるとスピニング加工時に特に溶接部での割れ（図２におけるｗ参照）発生確率が高くなるとの問題があった。
【特許文献１】特公平４−46647 号公報
【特許文献２】特開平10−24323 号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
すなわち、本発明は、管の端部などの溶接部にスピニング加工を施す際の割れの発生を抑制し得る、排気系膨径部材に供するフェライト系ステンレス鋼について提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
さて、発明者らは、スピニング加工の際の素管溶接部からの割れの確率が、同一鋼種を素材として用いた場合であっても、コイル毎に異なることから、鋼中の成分および鋼中の不純物成分がスピニング加工性に影響を及ぼしていると考え、これらの鋼中成分がスピニング加工性に及ぼす影響について、綿密な調査、検討を行った。その結果、鋼成分に関し、Al＋TiおよびCr＋６Siの各量を規制して、スピニング加工における割れの確率が飛躍的に低減されることの知見を得た。本発明は、上記の知見に立脚するものである。
【０００８】
すなわち、本発明の要旨構成は、次のとおりである。
１．質量％で、
Ｃ：0.02 ％以下、
Si：2.0％以下、
Mn：2.0％以下、
Ni：0.6 ％以下、
Nb：0.1〜1.0％、
Ｐ：0.040％以下、
Ｓ：0.01 ％以下および
Ｎ：0.02％以下
を含み、さらにCrをCr +６Si：12.0〜22.0％の関係を満足する範囲において、またAlおよびTiをAl＋Ti：0.010％以下の関係を満足する範囲において、それぞれ含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成になることを特徴とするスピニング加工性に優れた排気系膨径部材用のフェライト系ステンレス鋼。
【０００９】
２．前記１において、さらに、質量％で
Ｖ：0.01〜0.5 ％、
Co：0.01〜0.25％および
Ｗ：0.001 〜0.05％
のうちから選んだ１種または２種以上を含有する組成になることを特徴とするスピニング加工性に優れた排気系膨径部材用のフェライト系ステンレス鋼。
【００１０】
３．前記１または２において、さらに、質量％で
Cu：3.0 ％以下および
Mo：3.0 ％以下
のうちから選んだ１種または２種を含有する組成になることを特徴とするスピニング加工性に優れた排気系膨径部材用のフェライト系ステンレス鋼。
【００１１】
４．前記１、２または３において、さらに、質量％で
Ｂ：0.0002〜0.0030％
を含有する組成になることを特徴とするスピニング加工性に優れた排気系膨径部材用のフェライト系ステンレス鋼。
【発明の効果】
【００１２】
かくして、本発明によれば、スピニング加工を施す場合の製品不良率を格段に低減することができ、特に加工速度を高速化した場合であっても良好なスピニング加工性を得ることもできる。従って、本発明のフェライト系ステンレス鋼を用いれば、排気系膨径部材用鋼材を有利に提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を具体的に説明する。まず、本発明において鋼の成分組成を上記の範囲に限定した理由について説明する。なお、成分に関する「％」表示は特に断らない限り質量％を意味するものとする。
Ｃ：0.02％以下
Ｎ：0.02％以下
ＣおよびＮは、靱性を低下させるだけでなく、自動車の排気系部材に適用する場合に重要な特性である耐酸化性を低下させるので、含有量は低い程望ましい。そこで、本発明では、ＣおよびＮの量は、それぞれ0.02％以下に限定した。
【００１４】
Si：2.0％以下
Siは、本発明における重要な元素である。すなわち、Siは、スピニング加工性および靱性を低下させるので、これらの面からは含有量を低減する方が望ましいことから、2.0％以下とした。一方で、耐酸化性を高める働きがあることから、下限を0.01％とすることが好ましい。
【００１５】
Mn：2.0％以下
Mnは、強度並びにスケール剥離性の向上に有効な元素であり、好ましくは0.1％以上で含有させるが、多量に含有させると靱性を低下させるので、2.0％以下に限定した。
【００１６】
Ni：0.6 ％以下
Niは、靱性の向上に有利に寄与するため、好ましくは0.1％以上で含有させるが、含有量が 0.6％を超えると耐酸化性の劣化を招くため、Niは 0.6％以下に限定した。
【００１７】
Nb：0.1〜1.0％
Nbは、高温強度を高めるために有効な元素であり、その含有量が0.1％未満では実用的な強度向上は期待できない。一方、1.0％を超えると、靭性が低下するため、上限を1.0％とする。
【００１８】
Ｐ：0.040％以下
Ｐも、強度を高めるのに有効な元素であるが、多量に含有させると靱性を低下させるので、0.040 ％以下に限定した。なお、Ｐは低いほど好ましいが、0.01％未満の低減はコストの増加をまねくことから、0.01％以上の含有は許容することができる。
【００１９】
Ｓ：0.010 ％以下
Ｓは、不可避的不純物として通常含有され、含有量が低いほど好ましいが、本発明においてはCr＋６SiおよびAl＋Tiの規制が最も重要であることから、これらの規制があればＳ含有量は0.01％以下に規制すればよい。好ましくは、0.001％以上0.006％以下である。
【００２０】
Al＋Ti：0.010％以下
AlおよびTiは、溶接部に介在物を生成しやすい元素であり、スピニング加工時の割れは、これらの介在物を起点として発生する場合が多いため、AlおよびTiの合計量を0.010％以下に規制する必要がある。好ましくは、AlおよびTiの合計量を0.008％以下、さらに好ましくはAl：0.005％以下およびTi：0.002％以下に制限する。
【００２１】
Cr＋６Si：12.0〜22.0％
CrおよびSiは、必要な耐食性および耐酸化性のレベルに応じて添加量が決まるが、スピニング加工性の観点からは、Cr＋６Siを22.0％以下に抑制する必要がある。一方、Cr＋６Siが12.0％未満では、耐酸化性が低下し排気系に使用することが難しくなる。ここに、Cr＋６Siの上限を規制したことが、本発明の重要な点の１つである。すなわち、Al＋Tiの規定によって介在物を減少させるだけでは不十分であり、Cr＋６Siを22.0％以下にする必要がある。この理由は明確ではないが、スピニング加工温度（200〜400℃）での溶接部マトリックスの延性が重要であり、この延性を確保するのにCr＋６Siを22.0％以下にすることが寄与しているものと考えられる。好ましくは17.0％以上21.0％以下である。
【００２２】
以上、基本成分について説明したが、本発明ではその他にも、以下に述べる元素を適宜含有させることができる。
Ｖ：0.01〜0.5％
Co：0.01〜0.25％
Ｗ：0.001 〜0.05％
Ｖ、CoおよびＷは、いずれも溶接熱影響部の溶接割れ感受性を改善するのに有用な元素であるが、それぞれ含有量が下限に満たないとその添加効果に乏しく、一方上限を超えると母材および溶接熱影響部の靱性の低下を招くので、それぞれ上記の範囲で含有させるものとした。より好ましい範囲は、Ｖ：0.05〜0.3 ％、Co：0.02〜0.07％およびＷ：0.005 〜0.03％である。
【００２３】
さらに、Cu：3.0 ％以下およびMo：3.0 ％以下のうちから選んだ１種または２種を含有することができる。
Cu：3.0 ％以下
Cuは、耐食性を向上させる元素であり、高い耐食性を必要とする場合に添加することが有効である。しかしながら、3.0 ％を超えて添加すると、熱間圧延等における熱間割れのおそれが生じるため、Cuは 3.0％以下で含有させるものとした。なお、より好ましくは効果が顕著となる 0.1％を下限とし、2.0 ％以下で含有させることが望ましい。
【００２４】
Mo：3.0 ％以下
Moも、Cu同様、耐食性の改善に有効な元素である。しかしながら、3.0 ％を超えて添加すると、スピニング加工性が低下するだけでなく、特に溶接熱影響部のじん性が低下する。このため、Moは 3.0％以下で含有させるものとした。なお、スピニング加工性と耐食性の両立という観点からは 0.1〜1.6 ％の範囲が好適である。
【００２５】
さらにまた、Ｂ：0.0002〜0.0030％を含有することができる。
Ｂは、焼入れ性の向上を通じて特に溶接熱影響部のじん性改善に効果がある。しかしながら、含有量が0.0002％未満ではその効果に乏しく、一方0.0030％を超える添加では、硬化が大きくなり、母材、溶接熱影響部とも、じん性および加工性が損なわれる。このため、Ｂは0.0002〜0.0030％の範囲で含有させるものとした。なお、より好ましくは0.0005〜0.0010％の範囲である。
【００２６】
次に、本発明鋼の好適製造方法について説明する。上記した好適成分組成の溶鋼を、転炉、電気炉、真空溶解炉等の公知の方法で溶製し、連続鋳造法あるいは造塊−分塊法により鋼素材（スラブ）とする。この鋼素材を、その後加熱するか、あるいは加熱することなく直接、熱間圧延して熱延板とする。熱延板には、通常、熱延板焼鈍が施されるが、用途によっては熱延板焼鈍を省略してもよい。ついで、酸洗後、冷間圧延により冷延板としたのち、再結晶焼鈍を施して、製品とする。
【実施例】
【００２７】
以下、実施例に基づいて、本発明をさらに詳しく説明する。表１に示す成分組成になる鋼を、小型真空溶解炉で溶製し、100 kgの鋼塊とした。これらの鋼塊を、1050〜1250℃に加熱後、仕上げ温度：750 〜950 ℃、巻取り温度：650 〜850 ℃の条件で熱間圧延を施して 3.0mm厚の熱延板とした。ついで、これらの熱延板の一部に対しては 800〜1000℃の熱延板焼鈍を施したのち、酸洗してから、冷間圧延により板厚：1.2 mmの冷延板とした。上記のようにして得られた各鋼板から、試験片を採取し、スピニング加工性を次の試験方法に基づいて評価した。
【００２８】
＜スピニング加工性＞
試験片を、高周波溶接により、1.2 mmｔ×120 mmφ×500 mmＬの電縫管とした。これらの電縫管に対し、図３に示すスピニング加工装置を用いて、回転速度：500 rpm、絞り込み量：２mm／回、成形ロールの相対平行移動速度：8000mm/minの条件で、図１に示すような、絞り部（図１のｒ3 部）径が60mmφ、長さが50mm、テーパ部（図１のｒ2 部）の長さが60mmとなるようなスピニング加工を施した。なお、締り込量みは、成形ロールが素管に対して相対的に往復運動するとき、この１往復当たりの成形ロール押し当て量の増大分を表す。
【００２９】
図３のスピニング加工装置は、素管１を把持してその軸Ｃ−Ｃ回りに回転させる回転駆動手段と、素管１に所定の形状を付与すべく成形ローラ４を移動させる成形ローラ移動手段を備えている。回転駆動手段は、スピンドル２に設けられた素管を把持するためのチャック等の把持機構３と、スピンドル２を回転駆動するためのモータ（図示省略）とを備えてなるもので、素管１を把持してその軸Ｃ−Ｃ回りに回転させる。成形ローラ４の移動手段は、数値制御可能なサーボ機構（図示省略）からなるもので、素管１を所望の形状に成形すべく、設定入力されたデータに基づいて成形ローラ４と素管１とを相対的に軸Ｃ−Ｃ方向および径Ｄ方向に移動させるよう構成されている。成形ローラ４は、図中Ａの矢印のように移動させられつつ素管１に押し当てられることによって、素管１は円錐部をもつ形状にスピニング絞り加工される。
【００３０】
ここに、スピニング加工性は、上述した加工を300本の電縫管に対して施し、加工割れ発生数を調査した。その調査結果について、割れ発生数が１％以下を◎、１％超えを×として、表１に示す。
【００３１】
【表１】
2008240121.tif 000002
【００３２】
表１に示したとおり、本発明に従い得られた鋼板はいずれも、比較例に比べて極めて優れたスピニング加工性が得られている。すなわち、比較例Ｂのように、Cr＋６Siが発明範囲にあっても、Al＋Tiの量が発明範囲から外れているとスピニング加工性に劣るものとなる。一方、Al＋Tiの量が発明範囲であっても、比較例ＡおよびＣのように、Cr＋６Siが22をこえた場合はいずれも、スピニング加工性に劣るものとなる。以上の結果から、Al＋TiおよびCr＋６Siが重要であることがわかる。すなわち、Al＋Ti量は介在物、Cr＋６Si量はマトリックス靭性をあらわしており、この両者が所定範囲にあることが重要であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】触媒コンバータのハウジングの代表的な形状を示す図である。
【図２】スピニング加工を行った場合に発生する材料端部や素管溶接部における破断状態を示す図である。
【図３】スピニング加工装置の第１形態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  素管
２  スピンドル
３  把持機構
４、４′、４″  成形ローラ
５  回転台
６  基台
７  把持機構
８  移動テーブル
９  モータケース
ｒ1   ハウジングの本体部
ｒ2   ハウジングのコーン部
ｒ3   ハウジングの接続部
【図１】
2008240121.tif 000003
【図２】
2008240121.tif 000004
【図３】
2008240121.tif 000005