(57)【要約】【課題】高温に長期間曝した場合にも強度が低下することがなく、且つ加工性及びバネ性に優れた安価なガスケット材料を提供する。【解決手段】鋼にＣｕや他の元素、特にＣｕを添加した鋼を熱間圧延し、酸洗した後、５０％以上の圧延率で冷間圧延し、次いで３００〜８００℃の温度範囲で時効処理し、ε相を微細析出させた鋼の圧延板、または選択的にその表面にＺｎめっきやＮｉめっき処理等の表面処理を施した圧延板をガスケット用材料とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕが０．５〜２．５重量％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼の圧延板からなるガスケット用材料。
【請求項２】
Ｃｕが０．５〜２．５重量％、Ｐが０．０５〜０．３重量％、またはＮｂが０．０５〜０．５重量％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼の圧延板からなるガスケット用材料。
【請求項３】
Ｃｕが０．５〜２．５重量％、Ｐが０．０５〜０．３重量％、またはＮｂが０．０５〜０．５重量％、Ｃが０．２重量％以下、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼の圧延板からなるガスケット用材料。
【請求項４】
Ｃｕが０．５〜２．５重量％、Ｐが０．０５〜０．３重量％、またはＮｂが０．０５〜０．５重量％、Ｃが０．２重量％以下、Ｍｎが０．５重量％以下、Ｓｉが０．５重量％以下、Ｎｉが０．１〜１．７重量％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼の圧延板からなるガスケット用材料。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の鋼の圧延板からなるガスケット用材料の表面に、表面処理を施してなるガスケット用材料。
【請求項６】
前記表面処理がＺｎめっきまたはＮｉめっき処理のいずれかである請求項５に記載のガスケット用材料。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれかに記載の鋼を熱間圧延し、酸洗した後、冷間圧延、または一次冷間圧延し中間焼鈍を施した後二次冷間圧延し、その後３００〜８００℃の温度範囲で時効処理することを特徴とする、ガスケット用材料の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載のガスケット用材料を用いたガスケット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダヘッド等、自動車のエンジン回りに使用されるガスケット用材料、その製造方法およびガスケットに関し、特に低コストで製造可能なガスケット用材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のエンジン回りにはシリンダヘッドなど、多くの部分でシール用のガスケットが用いられている。これら自動車のエンジン回りに用いられるガスケットは高温に曝される部位に用いるものが多く、従来はアスベストが多く用いられていたが、環境に対するアスベストの悪影響やエンジンのさらなる高性能化に対処するため、メタルガスケットを用いられるようになってきている。メタルガスケットとしては、次に示すようなものが開示されている。
【０００３】
メタルガスケットは、高面圧でシールした場合にばね性を発揮して完璧なシールを保証するために、図３に概略断面図を示すように、帯状板３をプレス加工してビード部３１を形成し、さらにそれをシリンダヘッド３ａおよびシリンダ３ｂの形状に合わせてリング状に丸めて用いられる。高いガスシール性を得るためにビードを高く設計したり材料強度を高めてばね性を高め、高面圧でシールした場合に完璧なシールを保証する必用がある。しかし、材料強度が上昇すると加工性が低下し、ビード加工時に割れが発生しやすくなる。従来では、上記の欠点を改良した、高強度と加工性に優れたステンレス鋼を用いたメタルガスケットを開示している（例えば特許文献１〜３参照）。しかし、ステンレス鋼を用いたガスケットは高価でありエンジンコストの上昇に繋がる。
また、ステンレス鋼を用いず、合金成分を一定範囲に限定した鋼を用いた、高強度と加工性に優れたメタルガスケットを開示しているが、この鋼を用いたメタルガスケットはエンジンの作動温度領域である２００〜４００℃に長期間曝した場合、強度が低下してシール性が劣化する恐れがある（例えば特許文献４参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０５−１１７８１３号公報
【特許文献２】
特開平１０−０７７４４７号公報
【特許文献３】
特開２００１−２７１１４０号公報
【特許文献４】
特開平０９−１９４９３５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高温に長期間曝した場合にも強度が低下することがなく、且つ加工性及びバネ性に優れた安価なガスケット材料を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明のガスケット用材料は、Ｃｕが０．５〜２．５重量％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼の圧延板からなるガスケット用材料、または
Ｃｕが０．５〜２．５重量％、Ｐが０．０５〜０．３重量％、またはＮｂが０．０５〜０．５重量％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼の圧延板からなるガスケット用材料、または
Ｃｕが０．５〜２．５重量％、Ｐが０．０５〜０．３重量％、またはＮｂが０．０５〜０．５重量％、Ｃが０．２重量％以下、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼の圧延板からなるガスケット用材料、または
Ｃｕが０．５〜２．５重量％、Ｐが０．０５〜０．３重量％、またはＮｂが０．０５〜０．５重量％、Ｃが０．２重量％以下、Ｍｎが０．５重量％以下、Ｓｉが０．５重量％以下、Ｎｉが０．１〜１．７重量％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼の圧延板からなるガスケット用材料のいずれかであることを特徴とする。
そして、上記のいずれかの鋼の圧延板からなるガスケット用材料の表面に、表面処理を施すことが望ましく、表面処理としてはＺｎめっきまたはＮｉめっき処理のいずれかが望ましい。
【０００７】
また本発明のガスケット用材料の製造方法は、上記のいずれかの鋼を熱間圧延し、酸洗した後、冷間圧延、または一次冷間圧延し中間焼鈍を施した後二次冷間圧延し、その後３００〜８００℃の温度範囲で時効処理することを特徴とする。また、本発明のガスケットは上記のいずれかのガスケット用材料を用いてなるガスケットである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の内容を説明する。
本発明のガスケット用材料は、鋼にＣｕや他の元素、特にＣｕを添加した鋼の圧延板に時効処理を施してε相を微細析出させることにより、圧延板に必要とされる強度および加工性を付与するとともに、２００〜４００℃に長期間曝した場合の強度低下を抑制したことを特徴とする。以下、まずＣｕなど、本発明のガスケット用材料に用いる鋼に含有させる元素とその好適な含有量について説明する。
【０００９】
［Ｃｕ］
Ｃｕは本発明のガスケット用材料に用いる鋼に不可欠の元素であり、鋼を圧延板に加工した後の時効処理によりε相を微細析出させ、強度を向上し、また２００〜４００℃に長期間曝した場合の強度低下を抑制するために鋼に含有させる。含有量が０．５重量％未満であると十分な強度が得られず、ビード加工を施した際に高いばね性が得られない。一方、２．５重量％を超えて添加させるとε相の時効析出による強度上昇の効果が飽和し、それ以上の強度上昇が期待できない。
【００１０】
［Ｐ］
Ｐは固溶強化によって強度を高めるのに有効であり、Ｐの添加により強度の向上、および２００〜４００℃に長期間曝した場合の強度低下の抑制に有効であり、本願発明の目的とするＣｕによる時効析出による強化に加え、Ｐによる固溶強化を併用することができる。Ｐの含有量が０．０５重量％未満であると固溶強化の効果が発揮されず、０．３重量％を超えて含有させると脆化し、ビード加工を施す際に割れが生じる。
【００１１】
［Ｎｂ］
ＮｂはＣとともに含有させ、炭化物ＮｂＣを形成し鋼中に微細に析出して結晶粒を微細化するとともに強化させる。またＮｂを単独で含有させる場合は固溶強化により強度を向上させることができる。Ｎｂの含有量が０．０５重量％未満であると強化効果が発揮されない。一方、０．５重量％を超えて含有させると、脆化し、ビード加工を施す際に割れが生じる。
【００１２】
［Ｃ］
Ｃは鋼を硬化させて強度を上昇させる元素であり、Ｎｂとともに鋼中に含有させると炭化物ＮｂＣを形成する強度向上ももたらされる。しかし、多量に含有させると鋼が脆化して加工性が低下し、ビード加工を施す際に割れが生じるようになるので、含有量は０．２重量％以下とすることが好ましい。
【００１３】
［Ｍｎ］
Ｍｎは鋼中のＳと結合して硫化物ＭｎＳを形成してＳを固定することにより、熱間脆性を防止するために含有させるとともに、強度を上昇させる元素であるが、多量に含有させると加工性が低下するようになるので、含有量は０．５重量％以下とすることが好ましい。Ｓについては鋼中の含有量を０．０６重量％以下とすることが好ましい。
【００１４】
［Ｓｉ］
Ｓｉも鋼を硬化させて強度を上昇させる元素であるが、多量に含有させると加工性が低下するようになるので、含有量は０．５重量％以下とすることが好ましい。
【００１５】
［Ｎｉ］
ＮｉはＣｕを含有させることによる熱間脆性を防止するために含有させる。またＣｕの偏析を抑制するので品質の安定化が計れることに加えて、Ｎｉによる固溶強化により、強度を向上させるとともに２００〜４００℃に長期間曝した場合の強度低下を抑制する。Ｎｉの含有量はＣｕの含有量の２／３以下の程度で十分な効果が得られるので、０．１〜１．７重量％とすることが好ましい。
【００１６】
次に、本発明のガスケット用材料の製造方法について説明する。真空溶解法または真空脱ガス法を用いて溶製した上記の化学成分を有する鋼を熱間圧延した後、酸洗して熱延工程で生成した酸化皮膜を除去する。引き続き、冷間圧延して所定の板厚とする。または一次冷間圧延し中間焼鈍した後３０〜７０％の圧延率で二次冷間圧延して所定の板厚としてもよい。中間焼鈍は５００〜８００℃の温度範囲で行うことが好ましい。
【００１７】
次いで、このようにして得られた冷間圧延板に時効処理を施す。時効処理としては３００〜８００℃、好ましくは４５０〜７００℃の温度範囲に連続焼鈍法または箱形焼鈍法を用いて数秒〜数十時間加熱する。加熱温度が３００℃未満であるとε相が十分に析出せず、必用な強度およびばね性が得られない。一方、８００℃を超えると過剰析出となり、ε相が粗大化したり、ε相が再固溶して強度が低下する。時効処理は、加熱温度および加熱時間により、連続焼鈍法または箱形焼鈍法のいずれを用いても差し支えない。このようにして本発明のガスケット用材料として用いる鋼の圧延板が得られる。
【００１８】
本発明のガスケット用材料は、上記の鋼の圧延板をそのままガスケット用材料として用いてもよいが、表面処理を施して耐食性を向上させてもよい。表面処理としてはＳｎめっき、Ｚｎめっき、Ｎｉめっき、金属クロムとクロム水和酸化物からなる２層フィルムを生成させる電解クロム酸処理、またはＳｎめっき、Ｚｎめっき、Ｎｉめっきのいずれかを施した後に電解クロム酸処理を施す表面処理などを用いることができるが、ＺｎめっきまたはＮｉめっきが好ましい。これらのめっきは公知の電気めっき法または無電解めっき法のいずれを用いてもよい。また、これらの表面処理のうち、めっき処理については上記の時効処理の前工程で実施し、時効処理の加熱によりめっき金属を鋼中に拡散させてもよい。拡散層を形成させることにより、めっき層の密着性が向上し、強度のビード加工する際にめっき層が剥離しにくくなる。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。
表１に示す化学組成を有する鋼を真空脱ガス法を用いて溶製したスラブを熱間圧延し、２．５ｍｍの厚さの熱延板を作成した。これらの熱延板を硫酸酸洗した後、冷間圧延、または一次冷間圧延して６５０℃で中間焼鈍し、次いで二次間圧冷延して０．２ｍｍの板厚の冷延板とした後、表２に示す条件で時効処理を施した。一部の冷延板については圧延後にＺｎめっきまたはＮｉめっきを施した後、時効処理を施した。このようにして供試材を作成した。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
【表２】
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【００２２】
そして、  これらの供試材について下記の特性評価を行った。
［引張強度・伸び］
インストロン型引張試験機を用いて、時効処理後の供試材の引張強度と伸びを測定した。
［長期間加熱した場合の強度低下］
時効処理後の供試材を３００℃で１０００時間加熱した後の引張強度を測定した。
［加工性］
時効処理後の供試材を図１に示す断面形状にプレス加工し、幅：Ｗ、高さ：Ｈのビード部を形成させ、プレス加工時にビード部に割れが生じなかったものを良好（○）、割れが生じたものを不良（×）と評価した。
【００２３】
［ばね性］
図２にばね性の評価の概略を示す。図２（ａ）はビード部の圧縮前の状態、図２（ｂ）はビード部に圧縮荷重を負荷した状態、図２（ｃ）はビード部から圧縮荷重を除去した状態をそれぞれ示す。図２（ａ）および図２（ｂ）に示す、圧縮荷重の負荷による圧縮量（変形量）：Ｔに対し、図２（ｂ）および図２（ｃ）に示す、圧縮荷重の除去による復元量：Ｔｌが４０％を超えたものをばね性が良好（○）、復元量が４０％以下のものをばね性が不良（×）と評価した。
これらの特性評価結果を表３に示す。
【００２４】
【表３】
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【００２５】
表３に示すように本発明のガスケット用材料は、引張強度と伸びが大きく、また高温で長時間経時させた後も引張強度の低下が極めて少なく、ガスケット用材料をプレス加工してビード部を形成させてガスケットの形状に成形してもビード部に割れを生じることがなく、ビード加工性に優れており、また、ばね性にも優れている。
【００２６】
【発明の効果】
本発明のガスケット用材料は、高価なステンレス鋼を用いず、鋼にＣｕを含有させて時効処理して析出強化した鋼の圧延板であり、安価でかつ、引張強度と伸びが大きく、また高温で長時間経時させた後も引張強度の低下が極めて少なく、ガスケット用材料をプレス加工してビード部を形成させてガスケットの形状に成形してもビード部に割れを生じることがなく、ビード加工性に優れており、また、ばね性にも優れている。そのため本発明のガスケット用材料は加工性とばね性を兼ね備えており、優れたガスシール性を有する。また表面処理を施したガスケット用材料は耐食性に優れており、また高温で長時間経時させた後も優れたばね性を保持できるので、長期間にわたって安定したガスシール性が得られる。そのため本発明のガスケット用材料を用いたガスケットは、安価でかつ、自動車等のエンジン回りの開口部のシール用に好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】メタルガスケットのビード加工部の概略斜視図である。
【図２】（ａ）は  ビード部の圧縮前の状態を示す概略断面図、（ｂ）はビード部に圧縮荷重を負荷した状態を示す概略断面図、（ｃ）はビード部から圧縮荷重を除去した状態を示す概略断面図である。
【図３】メタルガスケットの概略断面図である。
【符号の説明】
３  帯状板
３ａ  シリンダヘッド
３ｂ  シリンダ
３１  ビード部
Ｈ  ビードの高さ
Ｔ  圧縮量（変形量）
Ｔｌ  復元量
Ｗ  ビードの幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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