(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面粗度がＲａで０．２０以上、０．８０以下であり、表面に水溶性潤滑油を塗布乾燥した後の固形油脂分の付着量を０．０３ｇ／ｍ2 以上０．１５ｇ／ｍ2 以下であり、バウデン式動摩擦試験装置によって測定した動摩擦係数が０．１０以上、０．２５以下であることを特徴とする耐熱鋼板及びステンレス鋼板。
【請求項２】
仕上げ焼鈍後に調質圧延を行ない、引き続き酸洗し、その後、水溶性潤滑油を塗布乾燥させることを特徴とした、請求項1に記載の耐熱鋼板及びステンレス鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工性に優れた耐熱鋼及びステンレス鋼材料に関する。より詳しく言えば、本発明は自動車排気系部品等の製造に用いられ、プレス加工やケージロール成形等の造管加工において、潤滑油を塗布したり、また造管後に潤滑油や潤滑皮膜を脱脂除去することなく使用できる耐熱鋼及びステンレス鋼板に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の排気系において、エンジンに近い部品（例えば触媒外筒）は排気ガスによる加熱・冷却が繰り返される、また、エンジンから離れたマフラー等の部品においては、排ガス凝縮水による内面腐食や融雪塩による外面腐食環境にさらされるため、耐酸化性に優れ、熱膨張が少なく、加工性、耐食性に優れたＳＵＨ４０９Ｌ耐熱鋼板やＳＵＳ４２９、ＳＵＳ４３６Ｌ等のフェライト系ステンレス鋼が使用されている。これら自動車排気系部品は、溶接管が使用される場合が多く、耐熱鋼板コイルやステンレス鋼板コイルを長手方向にケージロール成形後、突合せ部を電縫溶接やＴＩＧ溶接する電縫溶接管やＴＩＧ溶接管、切り板をロール曲げやＵ−Ｏ曲げなどにより成形後、突合せ部をＴＩＧ溶接やプラズマ溶接する板巻溶接管が使われている。
【０００３】
電縫溶接管やＴＩＧ溶接管はセンターパイプやフロントパイプに、板巻溶接管は、主にマフラーや触媒コンバーターケース等に使用される。これらの造管工程において潤滑不良が発生すると、素材と加工金型とのかじり等が発生し、成形精度が低下することにより、溶接部突合形状が悪化し、その後の加工、例えばスピニング加工による加工割れの原因となる他、加工金型の短寿命化による、メンテナンス性の悪化が生じる等、品質・生産性・コストに多大な影響を与える。
【０００４】
そこで、特開平８−２４３６３７号公報（特許文献１）ではダイドローフォーミング法で溶接管を成形する際にダイス入り側で水溶性潤滑材を塗布し、成形ダイスを出た直後の筒状鋼帯に付着している水溶性潤滑材を拭き取り、加熱乾燥させることが記載されている。また、特開平７−３２０３６号公報（特許文献２）では溶接管の成形ダイス前に金属帯の下面全面に潤滑剤を塗布し、乾燥させることが記載されている。
【０００５】
一方、鋼管や鋼板をプレス加工や拡管加工する際に、成形加工前後のプレス油等の潤滑材の塗布と脱脂を省く技術として、特開２００１−１４００８０号公報（特許文献３）では潤滑剤としてクロメート皮膜を下地にエポキシ樹脂など種々の潤滑樹脂を塗布し、皮膜のビッカース硬さをすくなくとも１５にすることが記載されている。
【０００６】
また、本発明者らは、特願２００５−１６１２０９号において板巻加工性と耐熱鋼板、ステンレス鋼板の表面特性、特に潤滑特性と板巻加工性の関係を検討し、板巻加工による良好な溶接管を得るためには、素材の潤滑特性、特に動摩擦係数と耐かじり性が非常に重要であるとの知見を得て、（１）平板引き抜き試験、荷重０．４９Ｎ／ｍｍ2 での動摩擦係数μが０．３以下で、かつかじりが発生しない板巻加工性に優れたＣｒ含有鋼板。（２）表面に速乾性の水溶性潤滑油塗布する上記（１）記載の板巻加工性に優れるＣｒ含有鋼板。（３）表面に有機潤滑皮膜を塗装する上記（１）記載の板巻加工性に優れるＣｒ含有鋼板を開発した。
【特許文献１】特開平８−２４３６３７号公報
【特許文献２】特開平７−３２０３６号公報
【特許文献３】特開２００１−１４００８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、耐熱鋼板、ステンレス鋼板の造管成形前後における潤滑材の塗布と脱脂を効率よく行なう方法や、潤滑材の塗布脱脂工程を省略するための潤滑剤塗布鋼板が種々提案されている。しかしながら、本発明者らは、先に言及した特許文献１、特許文献２では、造管時に潤滑剤を塗布、脱脂するために生産性が上がらないこと、また、特許文献３に記載された潤滑鋼板では、潤滑鋼板の製造コストが高く実用性に乏しいとともに、近年の環境問題からクロメート処理を施した潤滑鋼板が使用できない用途も出てきている。
【０００８】
特願２００５−１６１２０９号に記載した発明、即ち造管工程以前に、造管用素材を製造する過程において、耐熱鋼板、ステンレス鋼板にクロメート処理などの下地処理を行なわずに、水溶性潤滑油を塗布乾燥させて、平板引き抜き試験で測定した動摩擦係数を０．３以下にし造管する方法は、極めて生産性が高く安価であるが、動摩擦係数を安定して0.3以下にする点において、品質安定性や生産性に関し種々の問題があった。また、平板摺動試験（平板引き抜き試験）で評価した動摩擦係数と、実際の金型とのかじりの対応があまりよくない点も問題であった。
【０００９】
本発明者らの調査の結果、造管時のかじり現象は、面接触部よりは金型コーナー部との点或いは線接触部で発生しているため、面接触で評価する平板摺動試験との対応が良くないものと考えられた。更に、平板引き抜き試験では試験片の平坦度によって試験結果が影響を受けやすいなど試験方法の汎用性に乏しい問題もあった。
本発明はこうした現状を鑑みて、潤滑特性が良好で、ゲージロール成形や板巻加工等の造管性が良好な耐熱鋼板やステンレス鋼板を安定して提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは上記目的を達成するため、ゲージロール成形や板巻加工性とステンレス鋼板の表面特性、特に表面粗度と潤滑特性の関係を検討し、良好な溶接管を得るために必要な素材の潤滑特性、即ち動摩擦係数を安定して制御するためには水溶性潤滑油を塗布する前の、耐熱鋼板、ステンレス鋼板の粗度を制御することが非常に重要であるとの知見を得たものであり、その要旨とするところは以下の通りである。
【００１１】
（１）表面粗度をＲａで０．２μｍ以上、０．８μｍ以下とし、表面に水溶性潤滑油を塗布乾燥した後の固形油脂分の付着量を０．０３ｇ／ｍ2 以上０．１５ｇ／ｍ2 以下とし、バウデン式動摩擦係数測定装置、或いは平板摺動試験にて測定した動摩擦係数が０．１０以上、０．２５以下であることを特徴とする耐熱鋼板、ステンレス鋼板。
（２）仕上げ焼鈍後に調質圧延を行ない、引き続き酸洗し、その後、水溶性潤滑油を塗布乾燥させることを特徴とした、前記（１）に記載の耐熱鋼板、ステンレス鋼板である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、造管時の塗油、脱脂をすることなく、また、溶接部の耐食性を劣化させる可能性のある高価な潤滑塗装を行なうことなく、簡便な水溶性潤滑油の塗布乾燥によって安定した動摩擦係数を付与することが出来、造管時のかじりに起因する溶接、形状不良を防止でき、製造コストを大幅に下げることが可能になる。したがって、本発明は、自動車排気系用のステンレス鋼、耐熱鋼鋼管部品の製造コスト、品質を大幅に改善することに寄与するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明を詳細に説明する。
一般に、耐熱鋼板、ステンレス鋼板は、普通鋼に比し、強度が高く、熱伝導率が低い事にくわえ、金型に使用される材料、例えばＳＫＤ１１のようにＣｒが含有されている材料との親和性が強く、かじりが発生し易い。このため通常、耐熱鋼板やステンレス鋼板の加工には、普通鋼の防錆油より粘度の高い潤滑油が使用されることが多い。しかしながら、造管工程においては、造管成形後、すぐに溶接されるため、粘度の高い潤滑油は、潤滑油成分が溶接部を汚染し、耐食性や機械的特性を劣化させ好ましくないと考えられる。
【００１４】
本発明者等は、このような加工における潤滑特性と溶接性を両立するため水溶性で、かつ速乾性の潤滑剤塗布（例えば大同化学工業株式会社製ダイスキンＰ５６Ｃ等）した耐熱鋼板、ステンレス鋼板の潤滑性と造管性（例えば板巻加工性）の関係について検討した。検討に際しては、ＳＵＨ４０９Ｌを冷間圧延、焼鈍後、調質圧延し、酸洗した板厚１．５ｍｍの鋼板を供試材とした。冷間圧延ロールの粗度や冷延機の種類を変更すると共に、調質圧延工程を酸洗の前或いは後ろに行なうことで表面粗度を３水準に変化させた。然る後、濃度を変化させた水溶性潤滑油を供試材に塗布、乾燥させた。油脂分の付着量は塗布乾燥後の重量と油脂を塗布乾燥させた鋼板を更に脱脂乾燥した後の重量との差より求めた。      
【００１５】
図１には表面粗度を変化させた耐熱鋼板の表面顕微鏡写真と粗度を示した。製造方法Ａは、普通鋼と兼用のタンデム冷延機で圧延し、焼鈍しスキンパス圧延を行なった後に酸洗したものである。普通鋼と兼用のタンデム圧延機を使用することで、ゼンジマー圧延機で圧延される一般的なステンレス鋼や耐熱鋼鋼板の冷間圧延に比べ、オイルピットに起因する凹凸が多い。更に、スキンパス圧延後に酸洗を行なうことで表面粗度が大きくなり、一般的なステンレス鋼板や耐熱鋼板の表面粗度（約０．０５μｍ）に比べて、表面粗度が高くしている。
【００１６】
一方、製造方法Ｄでは、冷間圧延をダル圧延で行なうことにより表面粗度を高めると共に、粗度を調整するため、焼鈍し酸洗する際に研削ブラシで凸部を研削し平滑化したものである。この場合は、表面粗度は高いが凸部が研削されることで光沢は比較的高くなっている。このように表面粗度は製造条件によって容易に変化させることが出来るが、製造方法Ａであれば酸洗条件で、また製造方法Ｄであればダル圧延ロールの磨耗や酸洗時の研削ブラシの接触状態によって、鋼板の粗度が変化することがあるので、その管理に注意することが必要である。
【００１７】
水溶性潤滑油を塗布乾燥させた供試材の動摩擦係数は平板摺動試験およびバウデン式摩擦試験機で評価した。平板摺動試験は、板幅３０ｍｍ、長さ４００ｍｍに切断した鋼板と、ＳＫＤ１１製の金型との組み合わせで、荷重０．４９Ｎ／ｍｍ2 、引き抜き速度２００ｍｍ／ｍｉｎで２００ｍｍ摺動させて行い、動摩擦係数と耐かじり性を評価した。バウデン式摩擦試験は、接触子に１０ｍｍφのＣｒメッキ鋼球を用い、加重５００ｇｆとし、１００ｍｍ長さを１０回摺動し動摩擦係数を評価した。図２に示す様に特定の条件下では、１０回の摺動において動摩擦係数が大きく変化する場合があった。このような場合は、摺動抵抗が最も高い時の摩擦係数を求めた。
【００１８】
造管性については、上記材料を３８０ｍｍ長さ、３００ｍｍ幅に切断後、ロール曲げ、シュリンク加工し、φ１２１ｍｍの管に成形、ＴＩＧ溶接し、表面のかじり有無や幅方向や溶接突合せ部の形状不良の有無を評価し、潤滑性と板巻加工性の関係を検討した。各条件下で２０本造管し、かじり、溶接欠陥があるものを不良とし、不良率が１本でもあれば条件として不合格と判断した。また、溶接部組織に鋭敏化が認められるもの、鋼管の引っ張り試験において、溶接部における異常破断が発生した場合もその試験水準を不合格条件と判断した。
【００１９】
水溶性潤滑油を塗布乾燥後の固形油脂分付着量と素材の表面粗度が平板摺動試験で求めた動摩擦係数に及ぼす影響を図３に図示した。表面粗度が大きくなるほど少ない塗油量で摩擦係数が下がっており、表面粗度が動摩擦係数に及ぼす影響は明確である。但し、表面粗度が小さい場合においては、かじりが発生しやすく、摩擦係数の正確な評価が難しい。造管性や鋼管品質と摩擦係数の関係も表面粗度が種々変化した場合は明確でない。
【００２０】
次に、水溶性潤滑油を塗布乾燥後の固形油脂分付着量と素材の表面粗度がバウデン試験で求めた動摩擦係数に及ぼす影響について図４に図示した。表面粗度が大きくなるほど少ない塗油量で摩擦係数が下がる傾向は平板摺動試験の時と同様であり、表面粗度が動摩擦係数に及ぼす影響は明確である。また、いずれの条件でも動摩擦係数が正確に測定できている。
【００２１】
以下に本発明における限定理由を述べる。造管性に優れるステンレス鋼板、耐熱鋼板として、表面粗度はＲａで０．２０以上、０．８０以下にすることが必要である。０．２０未満であると潤滑性を得るために多量の塗油が必要となり、塗布乾燥設備が大きくなるほか、乾燥に長時間が必要となり生産性が低下する問題や、溶接時の浸炭など品質問題も発生するため望ましくない。乾燥が不十分な状態で使用すると鋼帯を切板加工した際に鋼板同士が張り付いて作業性に支障をきたす。また、Ｒａで０．８０を超えると、圧延時におけるロール磨耗によって表面粗度がコイル長手方向に変化し、摩擦係数も同時に変化するなど品質の安定性に問題を生じる。望ましい範囲は０．４０以上、０．６０以下である。      
【００２２】
水溶性潤滑油の塗布量としては、乾燥後の付着固形油脂分の重量として０．０３ｇ／ｍ2 以上、０．１５ｇ／ｍ2 以下にすることが必要である。塗油量が０．０３ｇ／ｍ2 より少ないと、表面粗度Ｒａ：０．２０〜０．８０μｍの範囲において、十分な潤滑性が得られず、その結果動摩擦係数が高くなり、造管性が低下する。また、０．１５より多くなると、塗布乾燥に関連する設備、操業、溶接部品質に問題が生じた。望ましい範囲は０．０５〜０．１０ｇ／ｍ2 である。
【００２３】
動摩擦係数はバウデン試験で測定した値として０．１０以上、０．２５以下にすることが必要である。動摩擦係数が０．２５を超えると、造管時における金型との潤滑性不良が生じ、かじりが発生しやすくなり、安定した成形品質が得られなくなる。また、０．１０より低くするには、多量の水溶性潤滑剤塗布が必要になり、溶接部の耐食性や靭性が低下するなどの品質問題が発生する。或いは、潤滑材のコストが極めて高くなり望ましくない。望ましい動摩擦係数は０．１２〜０．２０である。
【００２４】
動摩擦係数の評価方法をバウデン試験に限定したのは、造管性との対応が良いこと、測定精度が高いためである。バウデン試験値も測定方法によって若干影響を受けるため、本発明における動摩擦係数は１０ｍｍφのＣｒメッキ鋼球で荷重５００ｇｆを付与し、１０回摺動したときの最大の動摩擦係数である。この際に、ステンレス鋼球を用いてもほぼ同様の動摩擦係数が得られている。
【００２５】
本発明の請求項２において、鋼板の製造方法を、仕上げ焼鈍後に調質圧延を行ない、引き続き酸洗し、その後、水溶性潤滑油を塗布乾燥させると限定したのは、表面粗度を安定して請求項１の範囲に造り込むうえで最良のプロセスと考えるためである。調質圧延は製品のストレッチャーストレインを防ぐと共に形状強制の上でも必要であるが、ステンレス鋼板、耐熱鋼板の製造において一般的に行なわれている様な、酸洗後の調質圧延では表面粗度が大幅に低下するため望ましくない。
【実施例】
【００２６】
表１に示すように、種々の製造条件で表面粗度を変えて製造した１．５ｍｍ板厚のＳＵＨ４０９Ｌ、ＳＵＳ４３６Ｌ鋼板を３８０ｍｍ長さ、３００ｍｍ幅に切断後、ロール曲げ、シュリンク加工し、φ１２１ｍｍの管に成形、ＴＩＧ溶接し、表面のかじり有無や溶接突合せ部の形状不良の有無を評価した。また、鋼管品質は鋼管の拡管試験と溶接部の腐食試験で評価した。拡管試験では亀裂発生までの拡管率で最良のものから１０％以上劣るものを不良とした。耐食性はステンレス鋼のしゅう酸エッチング試験において粒界腐食が認められるものを不良とした。また、各供試材の潤滑性はバウデン式摩擦試験機で評価した。
【００２７】
【表１】
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Ｎｏ．１〜１６は、本発明の範囲内にある材料で、水溶性潤滑剤塗布により、板巻き加工において、シュリンク加工時の外金型とのかじりは見られず、良好な潤滑性を持ち、溶接部形状に不良も見られず、良好な造管性を示した。また鋼管品質も良好であった。一方、比較例のＮｏ．１７〜２２の材料は、潤滑性が良くないため、金型とのかじりや、成形あるいは金型から加工品を外す場合に形状が不良となり、溶接部突合せ形状が不良となった。或いは形状については良好であるが、鋼管品質が不良であった。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上述べたように、本発明は自動車排気系部品等に使用される板巻溶接管等の造管性に優れた耐熱鋼板、ステンレス鋼板を提供することが可能となり、産業的価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】製造条件の差による表面の形態、粗度の変化を示す図である。
【図２】バウデン試験の摺動回数１０回中における摺動抵抗変化を示す図である。
【図３】動摩擦係数（平板摺動試験）に及ぼす表面粗度、塗油量の影響を示す図である。
【図４】動摩擦係数（バウデン試験）に及ぼす表面粗度、塗油量の影響を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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