(57)【要約】【課  題】自動車排気ガス触媒コンバーター等に使用される高温での耐酸化性に優れた金属箔帯およびその製造方法を提供する。【解決手段】Ｃｒを１６質量％以上含む鋼帯を、  Ａｌ帯の両側に配置して圧延によって圧着し、所望の厚みまで冷間圧延を施す。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｒを１６質量％以上含む鋼帯をＡｌ帯の両側に配置して圧延によって圧着した金属箔帯であって、所望の厚みまで冷間圧延を施したものであることを特徴とする高温での耐酸化性に優れた金属箔帯。
【請求項２】
前記冷間圧延の際に総圧下率を４０％以上とすることを特徴とする請求項１に記載の高温での耐酸化性に優れた金属箔帯。
【請求項３】
前記冷間圧延を施した後、焼鈍を施すことを特徴とする請求項１または２に記載の高温での耐酸化性に優れた金属箔帯。
【請求項４】
Ｃｒを１６質量％以上含む鋼帯をＡｌ帯の両側に配置して圧延によって圧着し、さらに所望の厚みまで冷間圧延を施すことを特徴とする高温での耐酸化性に優れた金属箔帯の製造方法。
【請求項５】
前記冷間圧延の際に総圧下率を４０％以上とすることを特徴とする請求項４に記載の高温での耐酸化性に優れた金属箔帯の製造方法。
【請求項６】
前記冷間圧延を施した後、焼鈍を施すことを特徴とする請求項４または５に記載の高温での耐酸化性に優れた金属箔帯の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車排気ガス触媒コンバーター等に使用される高温での耐酸化性に優れた金属箔帯およびその製造方法に関し、  特にＡｌ含有量の高い、  高温での耐酸化性に優れた金属箔帯およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車排気ガス触媒コンバーターには、たとえば図５にその全体的な構成（仮想的に２分割した断面図）、図６に部分拡大したようすを示すＡｌ含有ステンレス鋼箔をハニカム状に成形加工した構造体が用いられている。箔のように超極薄の金属素材を用いることでコンバーターの外形寸法や重量をコンパクトで軽量にすることができる。また、ハニカム状に成形加工することで表面積を大きくできるので、その表面の触媒と自動車排気ガスとが、よく接触するようになっている。
【０００３】
ところで自動車排気ガスは、摂氏１０００℃以上の高温になる場合もあり、このハニカム状構造体の素材には高温での耐酸化性が要求されるため、ＣｒとＡｌ両方を含有するＡｌ含有ステンレス鋼が用いられている。
Ａｌ含有ステンレス鋼は、高温の自動車排気ガスに曝されると、表面に地金との密着性の高い、ごく薄いＡｌ２  Ｏ３  皮膜ができて、鋼中内部までＦｅの酸化が浸透するのを抑制する性質がある。このためＦｅの酸化物がスケールとして剥離しにくくなる。
【０００４】
Ａｌ含有ステンレス鋼を製造する方法としては、Ｃｒを含有する溶鋼中にＡｌを添加する方法が一般的であるが、鋼中Ａｌ量が大きくなると靭性が低下するため、これを箔に加工しようとすると、  特に冷間圧延中に割れて破断しやすくなる。したがって、Ｃｒを含有する溶鋼中にＡｌを添加する場合には、Ａｌ含有量は５質量％が限度であった。
【０００５】
そこでＡｌを５質量％を超えて含有するＡｌ含有ステンレス鋼箔を製造するためには、Ｃｒを含有する溶鋼中にＡｌを添加する以外の方法をとる必要であり、そのためのいくつかの方法が開示されている。
特許文献１では、ステンレス鋼帯の両表面にＡｌあるいはＡｌ合金を圧延またはめっきで付加した複合箔をハニカム状構造体に形成した後、真空中あるいは還元雰囲気中で  ６００〜１３００℃の温度で熱処理してハニカム状構造体の各接合部分を接着することを特徴とする触媒基体の製造方法を開示している。
【０００６】
特許文献２では、厚み  １００μｍ以下の鋼，ステンレス合金，耐熱合金からなる圧延金属箔であって、厚み全体に拡散されたＡｌを含む耐酸化性金属箔を開示しており、その製造方法として、厚み  １００μｍ以下の鋼、ステンレス合金、耐熱合金からなる圧延金属箔を、Ａｌ粉末および焼結防止剤粉末を主体とする混合粉末中に埋設し、真空または不活性あるいは非酸化性雰囲気にて加熱処理する方法を開示している。
【０００７】
特許文献３では、Ａｌ帯の両面にフェライトステンレス鋼帯を配置して冷間クラッド圧延を行ない、次いで  ６００〜１３００℃の温度範囲に加熱して冷却後、その厚み方向の中央部において分割して２枚の高Ａｌ含有ステンレス鋼箔とするメタルハニカム用箔の製造方法を開示している。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭６３−４４９４２号公報
【特許文献２】
特開平４−３１８１６０号公報
【特許文献３】
特開平５−２７７５０５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１で開示された技術では、まずステンレス鋼帯の両表面にＡｌあるいはＡｌ合金を圧延またはめっきで付加した複合箔をハニカム状構造体に成形する際の複雑な曲げ加工において、軟質なＡｌあるいはＡｌ合金の表層でのきずや剥離が発生し易いという問題がある。さらに、ハニカム状構造体に成形できたとしても、これを  ６００〜１３００℃の温度で熱処理する際には、表層のＡｌが溶けてしまって、ハニカム状構造体が変形したり、接合部分が剥離してしまう等の問題がある。
【００１０】
特許文献２で開示された技術では、圧延金属箔をＡｌ粉末および焼結防止剤粉末を主体とする混合粉末中に埋設させただけで圧延金属箔表面に粉末を付着させるわけであるが、このような方法ではＡｌの付着強度が不十分であるのは明らかであり、粉末が剥がれ落ちたり、付着量が不均一になりやすいという問題がある。さらに、真空または不活性あるいは非酸化性雰囲気にて加熱処理する際にも、Ａｌ粉末が飛散してしまう等の問題がある。
【００１１】
特許文献３で開示された技術は、Ａｌ帯の両面にフェライト系ステンレス鋼帯を配置して冷間クラッド圧延を行なってから加熱して冷却し、その後、厚み方向の中央部において分割して２枚の箔にする方法であるが、圧延材を厚み方向の中央部において分割すること自体が極めて困難であり、生産性の著しい悪化を招くという問題がある。さらに、厚み方向の中央部において分割して得た箔は、穴があいてしまったり、厚みが均一にならなかったり、表面粗さが不均一になったり、と品質上も問題が生じやすい。
【００１２】
本発明の目的は、かかる従来技術の種々の問題を解消することにあり、自動車排気ガス触媒コンバーター等に使用される高温での耐酸化性に優れた金属箔帯およびその製造方法、  特にＡｌ含有量の高い高温での耐酸化性に優れた金属箔帯およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するために、本発明は、Ｃｒを１６質量％以上含む鋼帯をＡｌ帯の両側に配置して圧延によって圧着した金属箔帯であって、所望の厚みまで冷間圧延を施す高温での耐酸化性に優れた金属箔帯とした。
また、前記した金属箔帯であって、冷間圧延の際に総圧下率を４０％以上とする高温での耐酸化性に優れた金属箔帯とした。
【００１４】
また、前記した金属箔帯であって、冷間圧延を施した後、焼鈍を施す高温での耐酸化性に優れた金属箔帯とした。
さらに、Ｃｒを１６質量％以上含む鋼帯をＡｌ帯の両側に配置して圧延によって圧着し、さらに所望の厚みまで冷間圧延を施す耐酸化性に優れた金属箔帯の製造方法とした。
【００１５】
また、前記した金属箔帯の製造方法において、冷間圧延の際に総圧下率を４０％以上とすることとした。
また前記した金属箔帯の製造方法において、冷間圧延を施した後、焼鈍を施すこととした。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明で使用するＣｒを１６質量％以上含む鋼帯（以下、単に鋼帯と略して称している箇所もある）は、通常のフェライト系ステンレス鋼と同等以上の耐食性、耐熱性を確保するためにＣｒを１６質量％以上含むものを用いた。また、高温での耐酸化性を確保するために、Ａｌ含有量を高くする必要があるが、鋼中に多量のＡｌを添加すると材料の靭性が低下するために生じる冷間圧延時の割れ等の問題を避けるため、Ｃｒを１６質量％以上含む鋼帯をＡｌ帯の両側に配置して圧延によって圧着し、さらに所望の厚みまで冷間圧延を施すこととした。中間にＡｌ帯を挟む形でＣｒを１６質量％以上含む鋼帯を圧延するため、実質的に鋼帯だけを圧延するのと大差なく、靭性低下による割れ等の問題を排除できる。
【００１７】
鋼帯とＡｌ帯を圧延によって圧着するには、図１に示すような圧延機を用いれば良い。図１において、１は鋼帯を巻き出すためのリール、２はＡｌ帯を巻き出すためのリール、３、４はそれぞれ圧着させる前の被圧延材である鋼帯とＡｌ帯、５は圧延ロール、６は圧着された金属箔帯、７は金属箔帯を巻き取るためのリールである。
【００１８】
鋼帯３とＡｌ帯４を圧延によって圧着するには、公知のクラッド圧延法の技術、たとえば図４に模式的に示すように、圧着予定面を金属ブラシによって粗面化した後、圧着する方法等を適用すればよい。なお、図４中の矢印は、金属箔帯６の進行方向およびブラシの回転方向を示している。また、圧着を目的とした圧延は、圧下率を大きくする必要はなく、金属箔帯６の平坦度の悪化を防止するためには、むしろ圧下率は小さい方が好ましく、実質的にゼロ（最大で２％）で良い。
【００１９】
圧着した金属箔帯６は、その後、  冷間圧延によって自動車排気ガス触媒コンバーター等に使用される箔帯としての所望の厚み（１５〜１００  μｍ）まで圧下される。その際の冷間圧延は、図１に示す圧延機において、リール１とリール７で互いに巻き出し，巻き取りを行ないながらリバース圧延を複数回繰り返すことにより可能である。
【００２０】
本発明では、Ａｌよりも硬質なＣｒを１６質量％以上含有する鋼帯３を、Ａｌ帯４の両側に配置してあるので、鋼帯３の両表面にＡｌ帯４を配置した複合箔をハニカム状構造体に成形する際の複雑な曲げ加工において発生する表層でのきずや剥離は発生しない。また熱処理において表層のＡｌが溶けてしまってハニカム状構造体が変形したり接合部分が剥離してしまうような問題も生じない。
【００２１】
また本発明では、鋼帯３とＡｌ帯４とを圧延によって圧着するので、Ａｌ粉末を付着させる方法で問題となるような粉末の剥がれ落ちや、付着量の不均一は生じない。また熱処理においてもＡｌ粉末が飛散してしまうような問題も生じない。
また本発明では、クラッド圧延後に厚み方向の中央部において分割して２枚の箔にするような必要もないので、作業性や生産性の低下を招くこともなく、品質的にも穴あきや厚み精度不良、表面粗さの不均一等の問題も生じない。
【００２２】
ここで発明者らは、鋼帯３とＡｌ帯４を圧延によって圧着した金属箔帯６であって、さらに所望の厚みまで冷間圧延を施す際の総圧下率が金属箔帯６の圧着強度（剥離荷重）に及ぼす影響について鋭意検討したところ、両者には図２に示すような関係があることを見出した。
ここで、総圧下率とは、冷間圧延での厚みの減少量を、圧延前の厚みで除したものを百分率で表わした値である。
【００２３】
また圧着強度の評価方法は、Ｔピール剥離試験を採用した。Ｔピール剥離試験とは、圧着した金属クラッド材を幅１０ｍｍに切り出し、圧着した各々の金属材を反対方向に引っ張り、剥離したときの荷重（剥離荷重）で圧着強度を評価するものである。本発明に係る金属箔帯６は、鋼帯３をＡｌ帯４の両側に配置した３層構造となっているため、Ｔピール剥離試験は１層目と２層目、および２層目と３層目についてそれぞれ実施し、その平均値を採用した。
【００２４】
図２によると、冷間圧延での総圧下率が大きくなるにつれて、圧着強度も大きくなっており、特に総圧下率が４０％を超えると急激に圧着強度が大きくなり、  ５００Ｎ／１０ｍｍと十分な圧着強度となっている。これは、冷間圧延を施すことによって金属材が圧延方向に伸張し、総圧下率が４０％を超えるあたりから新生面同士での圧着部分が大きくなって圧着性が向上することによるものと推定される。したがって圧着強度を確保する観点から総圧下率４０％以上の冷間圧延を施すことが望ましい。
【００２５】
また、圧着した金属箔帯６に冷間圧延を施した後、  金属箔帯６を焼鈍することによって、鋼帯３とＡｌ帯４の成分が互いに拡散、融合して圧着性がさらに向上する。そこで金属箔帯６の圧着性を向上させるためには、圧着した金属箔帯６に冷間圧延を施した後、  焼鈍（拡散焼鈍ともいう）を施すことが望ましい。ここで、拡散の進行は焼鈍温度および焼鈍時間に依存することが知られているので、金属箔帯６の成分や厚み等の条件に応じて焼鈍条件を適宜設定すれば良い。焼鈍温度および時間の適正範囲の一例としては、  ３００〜１３００℃で１分〜１２時間が好ましい。
【００２６】
【実施例】
図１に示すような４段圧延機を用いて金属クラッド材を製造する際に本発明を適用した実施例について説明する。
発明例では、リール１から鋼帯３を、リール２からＡｌ帯４を巻き出して、鋼帯３をＡｌ帯４の両側に配置した状態で圧延ロール５によって圧延して圧着し、圧着された金属箔帯６をリール７で巻き取った。次いで鋼帯３、Ａｌ帯４をリール１、２から切り離し、リール７から逆方向に金属箔帯６を巻き出して、圧延ロール５によって圧延した後、リール１（２つあるうちのいずれでも良い）に巻き取る。このようにリバース圧延で金属箔帯６を所望の厚みまで圧下する。金属箔帯６の板幅は、発明例および比較例とも全て５００ｍｍ  とした。
【００２７】
発明例１は、鋼帯３として厚み０．０１８ｍｍ  の２０Ｃｒ鋼、Ａｌ帯４として厚み０．００９ｍｍ  のＡ１０５０  を使用して圧着圧延を行なった後、仕上げ厚み０．０３ｍｍまで２パスで総圧下率３３．３％の冷間圧延を行なった。発明例２は、鋼帯３として厚み０．０２０ｍｍ  の２０Ｃｒ鋼、Ａｌ帯４として厚み０．０１０ｍｍ  のＡ１０５０  を使用して圧着圧延を行なった後、仕上げ厚み０．０３ｍｍまで３パスで総圧下率４０．０％の冷間圧延を行なった。発明例３は、鋼帯３として厚み０．０３０ｍｍ  の２０Ｃｒ鋼、Ａｌ帯４として厚み０．０１５ｍｍ  のＡ１０５０  を使用して圧着圧延を行なった後、仕上げ厚み０．０３ｍｍまで４パスで総圧下率６０％の冷間圧延を行なった。
【００２８】
発明例４〜６は、それぞれ発明例１〜３と同じ条件で冷間圧延を行なった後、焼鈍を施した。焼鈍は真空雰囲気で行ない、焼鈍温度を  ８００℃，焼鈍時間を２０分とした。
発明例７は、鋼帯３として厚み０．０１８ｍｍ  の２０Ｃｒ−３Ａｌ鋼、Ａｌ帯４として厚み０．００９ｍｍ  のＡ１０５０  を使用して圧着圧延を行なった後、仕上げ厚み０．０３ｍｍまで２パスで総圧下率３３．３％の冷間圧延を行なった。
【００２９】
発明例８は、鋼帯３として厚み０．０２０ｍｍ  の２０Ｃｒ−３Ａｌ鋼、Ａｌ帯４として厚み０．０１０ｍｍ  のＡ１０５０  を使用して圧着圧延を行なった後、仕上げ厚み０．０３ｍｍまで３パスで総圧下率４０％の冷間圧延を行なった。
発明例９は、鋼帯３として厚み０．０３０ｍｍ  の２０Ｃｒ−３Ａｌ鋼、Ａｌ帯４として厚み０．０１５ｍｍ  のＡ１０５０  を使用して圧着圧延を行なった後、仕上げ厚み０．０３ｍｍまで４パスで総圧下率６０％の冷間圧延を行なった。なお２０Ｃｒ−３Ａｌ鋼は、製鋼工程でＡｌを添加して製造したものである。
【００３０】
発明例１０〜１２は、それぞれ発明例７〜９と同じ条件で冷間圧延を行なった後、焼鈍を施した。焼鈍は真空雰囲気で行ない、焼鈍温度を  ８００℃，焼鈍時間を２０分とした。
一方、比較例１は、鋼帯３として厚み０．０１２ｍｍ  の２０Ｃｒ鋼、Ａｌ帯４として厚み０．００６ｍｍ  のＡ１０５０  を使用して圧着圧延（圧下率１％）を行なったのみで、その後の冷間圧延は行なわなかった。すなわち冷間総圧下率は実質ゼロに相当する。比較例２は、鋼帯３として厚み０．０４０ｍｍ  の２０Ｃｒ鋼の両側にＡｌ帯４（厚み０．００５ｍｍ  のＡ１０５０  ）を配置して圧着圧延を行なった後、仕上げ厚み０．０３ｍｍまで３パスで総圧下率４０％の冷間圧延を行なった。比較例３は、厚み０．０５０ｍｍ  の２０Ｃｒ−３Ａｌ鋼の鋼帯３のみを圧着圧延せずに、仕上げ厚み０．０３ｍｍまで３パスで総圧下率４０％の冷間圧延を行なった。比較例では、いずれも焼鈍を施していない。
【００３１】
表１に発明例１〜１２および比較例１〜３について、鋼帯３とＡｌ帯４の種類、厚み、圧延の条件および金属箔帯６の圧着強度の評価、耐酸化性の評価、成形性の評価を示す。
【００３２】
【表１】
2004249316.tif 000003
【００３３】
圧着性の評価は、Ｔピール剥離試験を採用した。表１では、剥離荷重が  ５００Ｎ／１０ｍｍ以上を極めて良好（◎）、５０Ｎ／１０ｍｍ以上〜  ５００Ｎ／１０ｍｍ未満を良好（○）、５０Ｎ／１０ｍｍ未満を不良（×）として評価した。
また、耐酸化性は、１１００℃での大気酸化試験を行なって評価した。大気酸化試験では時間の経過毎に試験片の酸化増量を評価し、急激に酸化増量が進み始めた時間を耐久時間と見なし、この耐久時間が長いほど耐酸化性は良好と見なされる。ここでは、自動車排気ガス触媒コンバーターの用途において耐酸化性が良好とされる  ３００時間以上を良好（○）、  ３００時間未満を不良（×）として評価した。
【００３４】
また成形性は、ハニカム状構造体に成形する際に波付け加工を行なった後の金属箔帯６の表面性状で評価した。金属箔帯６への波付け加工は、図３に示すような歯車状の波付け加工ロール８で金属箔帯６を挟んで回転させることによって行なうものである。図３中の矢印は、金属箔帯６の進行方向を示している。なお、金属箔帯６への波付け加工の後は、波の長手方向の間隔が１０ｍｍ，山と谷の差が５ｍｍとなるように施すものとする。そして波付け加工後の金属箔帯６の表面において、きず等の表面欠陥を調査し、面積１０００ｍｍ２  あたりの表面欠陥の個数が１個未満を良好（○）、１個以上を不良（×）として評価した。また、波付け加工において、圧着した鋼帯３とＡｌ帯４が剥離してしまった場合も不良（×）として評価した。
【００３５】
総合評価として、圧着性の評価，耐酸化性の評価および成形性の評価が全て良好（○）のものを良好（○）とし、特に極めて良好（◎）が含まれるものを極めて良好（◎）とした。また、いずれかに不良（×）が含まれるものを不良（×）とした。ここで、表１中のＡｌ含有量について説明しておくと、各値は、鋼帯３とＡｌ帯４が完全に融合したものとみなした計算上の値である。
【００３６】
2004249316.tif 000004
計算例として、たとえば発明例１の場合、
2004249316.tif 000005
となる。
【００３７】
発明例では、圧着性はいずれも良好で、  特に冷間圧延の総圧下率が４０％以上であるか、または焼鈍を施した発明例４〜６、１０〜１２では極めて良好であった。また、耐酸化性については、発明例はいずれも良好であった。これは発明例１〜６、７〜１２では、Ａｌ含有量がそれぞれ  ７．９質量％および１２．９質量％と高いためである。成形性については、発明例はいずれも良好であった。その結果、発明例の総合評価はいずれも良好で、特に発明例２〜１２では極めて良好であった。
【００３８】
一方、比較例１は、冷間圧延での総圧下率が実質的にゼロであったため、Ｔピール剥離試験において低荷重で剥離してしまい、圧着性の評価は不良（×）であった。Ａｌ含有量は  ７．９質量％であり、耐酸化性は良好であったが、成形性は鋼帯３とＡｌ帯４が剥離したため不良となった。したがって総合評価は不良であった。
比較例２は、鋼帯３の両側にＡｌ帯４を配置して圧着した金属箔帯６であるが、圧着性、耐酸化性は良好であったものの、成形性は表面に多くのきずが発生し、不良と評価された。その結果、  総合評価は不良となった。
【００３９】
比較例３は、鋼中にＡｌを添加しているので、圧着性の評価は行なっていないが、耐酸化性は不良であった。これはＡｌ含有量が３質量％と低いためと考えられる。したがって総合評価は不良となった。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、自動車排気ガス触媒コンバーター等に使用される高温での耐酸化性に優れた金属箔帯およびその製造方法、  特にＡｌ含有量の高い耐酸化性に優れた金属箔帯およびその製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する設備の概略を示す側面図である。
【図２】総圧下率と剥離荷重との関係を示すグラフである。
【図３】波付け加工を示す概略図である。
【図４】金属ブラシによる粗面化のようすを示す概略図である。
【図５】自動車排気ガス触媒コンバーターの全体構成を示す図である。
【図６】自動車排気ガス触媒コンバーターの部分拡大図である。
【符号の説明】
１  リール
２  リール
３  鋼帯
４  Ａｌ帯
５  圧延ロール
６  金属箔帯
７  リール
８  波付け加工ロール
９  ブラシ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004249316.tif 000009
【図５】
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【図６】
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