(57)【要約】【課題】平板を巻きまわしたままの素管にベローズ成形を施す、フェライト系ステンレス鋼を素材とする自動車排気管用ベローズ管の成形方法を提供する。【解決手段】１枚の金属板の始端と終端が重なるように複数回巻きまわして、管壁を多層とした素管に波付け成形を施す多層ベローズ管を製造する際、前記金属板は板厚０．２〜０．５ｍｍ、降伏点が３１０〜４１０ＭＰａ，引張り強さが４２０〜５５０ＭＰａ，且つＹＲが８０％以下のフェライト系ステンレス鋼で、前記素管を、外径が２８〜８０ｍｍΦで、前記フェライト系ステンレス鋼平板の始端と終端の重ねしろが０°超え２０°以内となるように複数回巻きまわして形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１枚の金属板の始端と終端が重なるように複数回巻きまわして、管壁を多層とした素管に波付け成形を施す多層ベローズ管の製造方法であって、前記金属板は板厚０．２〜０．５ｍｍ、降伏点が３１０〜４１０ＭＰａ，引張り強さが４２０〜５５０ＭＰａ，且つＹＲが８０％以下のフェライト系ステンレス鋼で、前記素管は、外径が２８〜８０ｍｍΦで、前記フェライト系ステンレス鋼平板の始端と終端の重ねしろが０°以上、２０°以内となるように複数回巻きまわして、その後、最外周巻終縁辺部の溶接をすることなく形成されることを特徴とする多層ベローズ管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェライト系ステンレス鋼を素材とする自動車排気管用ベローズ管の成形方法に関し、特に、溶接部がなく可撓性に優れるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ベローズ管は、熱による膨張や収縮で発生する応力や機械的な振動を吸収する蛇腹状の構造を特徴とし、薄肉円筒からなる素管に１．リング状の可動式金型を用いた液圧成形で所定数のヒダを一回の工程で成形したり、２．弾性体を用いたバルジ成形によりヒダを１個ずつ順送りに作り込む方法がある（例えば、非特許文献１）。
【０００３】
前者の製造方法は、工程数は少ないが、液圧成形のため生産性が低い。また、工具が複雑で、且つ異なる製品形状間で共用できず金型コストが高い。後者は比較的簡素な金型でよく、逐次加工でヒダの数も自由に作り込めるが生産性は低い。
【０００４】
素管の製造方法は、薄肉鋼板を円筒状に巻いた後、端部を縦シーム溶接して薄肉円筒とすることが一般的であるが（例えば、特許文献１）、金属板の場合、溶接部が硬化して成形性が劣化するので、金属製の平板を重ね巻きしたり（例えば、特許文献２、３）、管壁が複数層となるように１枚の金属薄板を多層に巻きまわして、その最外周巻終縁辺部を間欠的に溶接することが提案されている（例えば、特許文献４）。
【０００５】
自動車排気管をベローズ管とする場合、延性、耐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼が用いられることが多い。オーステナイト系ステンレス鋼はＮｉを多量に含有して高価なため、オーステナイト系ステンレス鋼と略同等の延性、耐食性を備え、Ｎｉを含有しないフェライト系ステンレス鋼が、ベローズ管用として提案されている（例えば、特許文献５、６、７，８）。
【特許文献１】特開昭５８−２８０８４号公報
【特許文献２】特開平４−３４２８４号公報
【特許文献３】実開昭６２−４７７２０号公報
【特許文献４】特開平３−７９８８６号公報
【特許文献５】特開平７−２６８５６０号公報
【特許文献６】特開平８−１７６７５０号公報
【特許文献７】特開平８−１８８８５４号公報
【特許文献８】特開平９−１２５２０８号公報
【非特許文献１】塑性と加工  第３２巻  第３６６号  ８１８Ｐ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、フェライト系ステンレス鋼を素材として、ベローズ管の製造は可能であるものの、ベローズ成形時に溶接部に割れが発生しやすく製造安定性がオーステナイト系ステンレス鋼と比較して劣る。
【０００７】
すなわち、フェライト系ステンレス鋼は溶接部の強度が母材より高く、ＨＡＺ部は母材より軟化し、Ｃ，Ｎなどのオーステナイト安定化元素を低減しているので、溶接部組織の粗大化と相俟って、溶接部への強度の加工により不均一な変形が起こりやすい。
【０００８】
一方、素管の溶接部をなくすように、金属製の平板を重ね巻きして素管とした場合は、フープ端縁部が密着せず、特許文献２記載の多層蛇腹管のように、フープ端縁部のくせ付け加工などの対策が必要で製造工程が複雑となる。
【０００９】
そこで、本発明は、平板を重ね巻きしたままで、縦シーム溶接することなく円筒形とした素管を用いた、フェライト系ステンレス鋼を素材とする自動車排気管用ベローズ管の成形方法を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】
本発明の課題は以下の手段で達成可能である。
１．１枚の金属板の始端と終端が重なるように複数回巻きまわして、管壁を多層とした素管に波付け成形を施す多層ベローズ管の製造方法であって、前記金属板は板厚０．２〜０．５ｍｍ、降伏点が３１０〜４１０ＭＰａ，引張り強さが４２０〜５５０ＭＰａ，且つＹＲが８０％以下のフェライト系ステンレス鋼で、前記素管は、外径が２８〜８０ｍｍΦで、前記フェライト系ステンレス鋼平板の始端と終端の重ねしろが０°以上、２０°以内となるように複数回巻きまわして、その後、最外周巻終縁辺部の溶接をすることなく形成されることを特徴とする多層ベローズ管の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、オーステナイト系ステンレス鋼と比較して、安価なフェライト系ステンレス鋼を素材とする自動車排気管用ベローズ管の製造が可能で、産業上極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係るベローズ管の製造方法は、素材とするフェライト系ステンレス鋼の機械的特性を規定し、複数回巻きまわして素管とした際の始端と終端の重ねしろを特定範囲内とすることを特徴とする。以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明する。
【００１３】
表１に供試鋼の化学成分と機械的性質を、表２に表１に示す供試鋼を素材とする素管から製造したベローズ管の評価結果を示す。供試鋼の板厚は全て０．２５ｍｍとした。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
【表２】
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【００１６】
図１に素管の断面形状を模式的に示す。説明において素管の始端と終端の「重ねしろ」は、円周角θで表すものとする。素管は二重に巻きまわして、重ねしろ（円周角θ：０〜３０°）の部分が三重（但し、円周角θが０°の場合は、二重）となるようし、その後、最外周巻終縁辺部の溶接（縦シーム溶接や間欠溶接）を行わなかった。また、始端と終端が重ならず、円周の一部が一重となる素管も製造した。素管の板厚は０．２５ｍｍ、外径は６０ｍｍΦとした。
【００１７】
供試鋼Ｎｏ．１〜３は、降伏点が３１０〜４１０ＭＰａ，引張り強さが４２０〜５５０ＭＰａ，ＹＲが８０％以下で、供試鋼Ｎｏ．４〜６は、降伏点が３１０〜４１０ＭＰａ，引張り強さが４２０〜５５０ＭＰａ，ＹＲが８０％超えとした。ＹＲ（％）は降伏点／引張り強さ×１００とする。
【００１８】
ベローズ成形は、素管の外側にリング状の金型を配置し、内側から液体もしくはウレタンゴムなどの弾性体を媒体とした圧力により素管の管壁を外側に膨出させながら、管軸方向に圧縮（軸押し）して、外側に配置したリング状の金型に沿って行った。
【００１９】
表２より、素管の供試鋼の降伏点が３１０〜４１０ＭＰａ，引張り強さが４２０〜５５０ＭＰａ，ＹＲが８０％以下の場合、ベローズ成形後にフープ端縁部が管壁に密着した（試験Ｎｏ．１〜８）。一方、素管の供試鋼の降伏点が３１０〜４１０ＭＰａ，引張り強さが４２０〜５５０ＭＰａ，ＹＲが８０％超えの場合、スプリングバックが強く、ベローズ成形後にフープ端縁部が管壁に密着せず、浮き上がりが生じていた（試験Ｎｏ．９，１０，１１）。
【００２０】
尚、重ねしろが３０°の場合、ベローズの山高さが目標とする９ｍｍに達せず、一重部が４５°の場合は液圧もれが発生し（試験Ｎｏ．５），一重部が１０°の場合は割れが発生した（試験Ｎｏ．６）。重ねしろは０〜２０°とすることが好ましい。
【００２１】
本発明によれば、フェライト系ステンレス鋼を重ね巻きしたままで、素管を二重管（始端部と終端部の重ねしろ０〜２０°の部分は三重部）とするベローズ管を製造することが可能である。
【００２２】
また、供試鋼Ｎｏ．２の板厚を０．２０ｍｍとした素材を用いて、外径５０ｍｍΦの二重管と三重管の素管を製造し、上述した方法によるベローズ成形で目標山高さ９ｍｍの製造可能性を調査した。
【００２３】
いずれの素管でも、始端部と終端部の重ねしろは２０°とし、当該部分は二重管は三重部（但し０°の場合は二重）、三重管は四重部（但し０°の場合は三重））とした。いずれの素管からでも、山高さが９ｍｍの目標値を満足する、フープ端縁部が密着したベローズ管が製造された。
【００２４】
また、供試鋼Ｎｏ．３の板厚を０．３０ｍｍとした素材を用いて、二重管と溶接管（内管と外管を溶接管とする二重管）の素管（外径５５ｍｍΦ）を製造し、上述した方法によるベローズ成形において、割れが生じる限界山高さを求めたところ、二重管の場合は山高さを１３．５ｍｍ以上で割れが発生し、溶接管では、山高さ１２．０ｍｍ以上で溶接部に割れが発生した。尚、二重管は重ねしろを１０°とし、フープ端縁部が密着したベローズ管が製造された。
【００２５】
素材とするフェライト系ステンレス鋼の板厚は、製造コストの観点から０．２ｍｍ以上、疲労破壊を防止するため０．５ｍｍ以下とし、素管は二重管または三重管で外径を２８〜８０ｍｍとすることが好ましい。
【００２６】
自動車排気管用としてベローズが吸収する変位量を確保するため、外径２８ｍｍ以上とし、剛性を確保するため外径８０ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００２７】
本発明に係るベローズ管は自動車排気管用としては十分な特性を有するが、気密性の観点から真空ベローズ管を代替することは出来ない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施例に係る素管の断面形状の模式図で、始端部と終端部の重ねしろ（円周角θ）を説明する図。
【図１】
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