JPH0250945A - 薄肉鋼板及びその製造方 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、高温の耐熱性や耐高温腐食性であり、かつ、
加工性に優れた薄肉鋼板及び製造法に関するものである
。更に詳しくは、本発明は、鋼板表面上に鋼板の金属成
分とニッケルとアルミニウムの相互拡散層を形成させる
という簡便な方法により製造される易加工性、耐熱性、
易溶着性に優れた低コストの薄肉鋼板に関するものであ
る。

（従来の技術） 薄肉鋼板の利用分野には種々のものがあるが、耐熱性や
耐高温腐食性が要求される分野に対して、満足のいく材
質の鋼板が提供されていないのが現状である。

この種の薄肉鋼板の利用分野として、例えば自動車等の
排気管、マフラー、排気カス浄化用触媒を担持するため
の金属製相持母体がある。

以下、これらのうち金属製担持母体との関連で、薄肉鋼
板に要求される特性について説明する。

前記した薄肉鋼板の１つの利用分野である排気カス浄化
用触媒を相持するための金属製相持母体は、単位体積当
りの相持面積を大きくするように、即ち、単位体積当り
の排気ガスと排気ガス浄化用触媒との有効接触面積を可
能な限り大きくするように、さらに、金属製相持母体の
自重を可能な限り軽量化するために、薄肉平板状の金属
帯材と波板状の金属帯材とを階層状に積層した構造（積
層タイプ）、又は−括して巻回積層した構造（巻回タイ
プ）のもの（以下、これらはハニカム状の構造をしてい
るので、ハニカムコア体と称す。）が知られている。

例えば、０．１ｍ／＋ｎ以下の薄肉鋼板からなる平板状
帯材と、前記薄肉鋼板を波形状に成形した波板状帯材と
を、相互に当接部を有するように重積し、これを−括渦
巻状に巻回して一足方向に排気ガス通路のための多数の
網目状通気孔路をモツハニカムコア体とされる。そして
、この巻回積層されたハニカムコア体は、必要に応じて
両端が開口した筒状の金属ケースに収納されるとともに
相互に固着され、耐振構造のものどされる。即ち、ハニ
カムコア体を構成する平板状帯材と波板状帯材との当接
部やハニカムコア体と金属ケースとの当接部を溶接やろ
う接などにより接合し、金属製担持母体とされる。

前記シたハニカムコア体を、その構成部材である薄肉鋼
板の材質面からみると、自動車の排気系統は、通常８０
０〜８００°Ｃの高温下、かつ腐食性の強い排気ガスに
さらされていることから、十分に耐熱性や耐高温腐食性
が要求される。このため、一般には高クロムや高ニッケ
ルなどの耐熱鋼が使用されるが、コス）・メリットとい
う観点から安価な低炭素鋼、低クロムや低ッケル鋼など
の耐熱鋼を使用しようとするものもある。

しかしながら、前記した高価な高クロム系の耐熱鋼や、
安価な耐熱鋼は、加工性や耐食性などに問題があり、こ
れらの材料から十分に満足し得るハニカムコア体が得ら
れてｌ／Ｘな１．Ｘのが現状である。

この点を具体的にみると、 （イ）１５〜２５％Ｃｒ、２〜５％Ａ文系の高クロム系
耐熱鋼を用いる場合。

この種の材料を用いると、充分に耐熱性で剛性のある波
板が製作され、特に問題とされる波形の変形がないとい
うメリットがあることはいうまでもない。即ち、この種
の材料を用いた場合、平板状帯材と波板状帯材から積層
タイプのハニカムコア体を製作するとき、筒状金属ケー
スへの圧入積装、固定時に変形せず、また巻回タイプの
ハニカムコア体を製作するときも、巻回時に波形が変形
しない。

しかしながら、非常に硬い材料であるため圧延が困難で
あり、所望の厚さの帯材の製作には圧延焼戻しを繰返さ
なければならず、加工上の問題と高価という価格上の問
題がある。

（ｏ）　０．１５％以下の炭素を含有する低炭素鋼を用
いる場合。

この種の低コストの低炭素鋼から特性の優れたハニカム
コア体を製作するには、先ず低炭素鋼からハニカムコア
体を製作し、次いでアルミナイズ加工（溶融アルミニウ
ム浴中に浸漬し、鋼材表面とアルミニウム被膜面との間
に相互拡散を生起させ、合金化させるもの。）を行なえ
ばよい。これにより、排気ガスの８００〜９００°Ｃと
いう高温下での耐食性に問題がなく、コストメリットも
得られるが、この低炭素鋼では剛性の低い波板しか得ら
れず、ハニカムコア体の製作時に波形の変形が大きく、
加工上に問題がある。

ハニカムコア体の製作時に波板状帯材の波形が大きく変
形してしまうことによって、所望した波の高さが低くな
り、これは網目が小さくなり圧損などの欠点に通じ、ま
た平板状帯材との当接部が点接触から面接触になり、こ
れは触媒担持量の減少、即ち、排気ガス浄化能の低下に
通じるなど、大きな問題となる。

（ハ）低クロム鋼９例えば５ＵＳ４１ＯＬ（１１〜１３
．５Ｃｒ）などの安価な耐熱鋼を用いる場合。

この種の材料は、前記（イ）のものほどではないが、（
０）よりは剛性がある。従って、ハニカムコア体を製作
するときに、前記（０）よりも波板状帯材の波形の変形
は少ない。

しかしながら、この種の材料で一番大きな問題は、耐食
性が不十分であるということである。このことは、低ニ
ツケル鋼９例えば５Ｏ３２０１，５ＵＳ２０２などの安
価な耐熱鋼を用いる場合も同様である。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、前記したように、自動車等の排気カス浄化用
触媒を担持するための金属製担持母体の構成部材などの
用途に使用する薄肉鋼板の欠点を解消しようとするもの
である。

即ち本発明は、安価でかつ加工性に優れた鋼板に、ニッ
ケル被膜形成、溶融アルミニウム浴での浸漬処理という
技術的手段を講じ、耐熱性、耐高温腐食性、剛性、加工
性に優れるとともに、低コストの薄肉鋼板を提供するこ
とを目的とするものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明を概説すれば、本発明の第一の発明は、表面層と
して薄肉鋼板を構成する金属成分とニッケルとアルミニ
ウムの相互拡散層を有していることを特徴とする耐熱性
、易加工性等に優れる薄肉鋼板に関するものである。ま
た、第二の発明は、薄肉鋼板上にニッケルメッキ被膜を
形成し、次いで、該ニッケル被膜が形成された薄肉鋼板
を溶融アルミニウム浴に浸漬処理するか、あるいはニッ
ケル被膜上にアルミニウム被膜を形成し、これを拡散浸
透処理して、表面に鋼板を構成する金属成分とニッケル
とアルミニウムとの相互拡散層を形成させてなることを
特徴とする耐熱性、易加工性等に優れる薄肉鋼板の製造
方法に関するものである。

以下、本発明の構成について詳しく説明する。

本発明で使用する薄肉鋼板は、例えば炭素が０．１５％
以下の低炭素鋼、クロムが１５％以下の低クロム鋼、ニ
ッケルが１０％以下の低ニツケル鋼などの安価で、かつ
加工性が良好なものであればいずれでもよく、特段の制
限を受けるものではない。そして、これらの鋼板を熱間
又は冷間圧延して帯板としたもの、好ましくは肉厚０．
０３〜０．１ｍｍ程度の帯板としたものが使用される。

なお、排気管やマフラー用などには、通常２．０ｍｍ以
下の肉厚の帯板などが使用される。

前記した薄肉鋼板にニッケルメッキ被膜を施すには、薄
肉鋼板を清浄化処理、又は清浄化処理に加えて更に活性
化処理した後、通常の電気ニッケルメッキなどにより表
裏両面にニッケルメッキ被膜を形成すればよい。

ニッケルメッキの膜厚は所望のものに設定されるが、前
記した金属製担持母体を構成する／＼ニカムコア体の薄
肉鋼板の場合、５〜ｌＯＡＬｍ程度で十分である。なお
、前記二・ンケルメ・ンキ層の形成は圧延工程の中間に
おいて行ない、更に所望の板厚になるように圧延して薄
肉帯板を得ても差支えない。

本発明において前記したニッケルメッキ層の形成は、後
述する溶融アルミニウム浴での浸漬処理と関連して薄肉
鋼板の耐熱性を向上させるものであり、かつ、薄肉鋼板
同志を接合する場合、ろう材の機能を果たして強固にろ
う接合させることができる。

次に、溶融アルミニウム浴での浸漬処理について説明す
る。

前記ニッケルメッキ被膜を施した薄肉鋼板は予め脱脂、
酸洗の清浄化処理を行ない、フラックス処理した後、速
やかに７００°Ｃ程度の溶融アルミニウム浴に浸漬処理
される。浴から引上げた後に、エアブラスト等により余
剰のアルミ−ラムを除いて湯洗浄する。

この溶融アルミニウム浴における浸漬処理において、薄
肉鋼板の表裏両面上にアルミニウム被覆層が形成される
と同時に、この浸漬処理時の加熱によってアルミニウム
層のアルミニウムがニッケルメッキ層中に溶融拡散し、
鉄−二・ンケルーアルミニウム（Ｆｅ−Ｎｉ−Ａ文）の
合金化層が形成される。

このニッケルーアルミニウム合金化層の形成は、金属製
相持母体の耐熱性及び耐高温腐食性を向上させるうえで
極めて重要なものである。

前記溶融アルミニウム浴での浸漬処理の条件は所望のも
のに設定されるが、前記した金属製相持母体を構成する
ハニカムコア体の薄肉鋼板の場合、　７００〜８００°
Ｃで６０秒以下、好ましくは７２０〜７６０°Ｃで３０
秒以下の条件でよい。

本発明においては、薄肉鋼板にニッケルメッキ被膜を施
した後、前記したように溶融アルミニウム浴中に浸漬処
理するほか、メカニカルメッキ、蒸着あるいは電気メッ
キによりアルミラム被膜を形成し、さらに、これを拡散
浸透処理させて、薄肉鋼板の表面に耐熱耐食性があり硬
さもあるＦｅ−Ａｎ−Ｎｉなどの合金化層を形成させて
もよい。この工程を図式化すると第１図のようになる。

当然のことながら、図中の平板状帯材（薄肉鋼板）が低
クロム鋼である場合、クロムを含む合金化層が形成され
ることになる。

以上のようにして、安価な鋼材から十分な耐熱性と耐食
性、及び十分な硬度を有する薄肉鋼板が得られる。

また本発明は、前記薄肉鋼板を、圧延が容易でかつ安価
な鋼材から製作しているため、薄肉化のための圧延及び
焼鈍のコストを低減化することができる。

本発明の表面層として鋼板を構成する金属成分とニッケ
ルとアルミニウムとの相互拡散層を有する薄肉鋼板は、
種々の用途に利用することができる。その一応用例とし
て、本発明においては、自動車等の排気ガス浄化用触媒
を担持するための金属製担持母体について説明した。こ
れを図示すると第２図、第３図のようになる。

第２図及び第３図は、排気ガス浄化用触媒を担持するた
めの金属製担持母体（１，１’　）の斜視図である。

第２図のハニカムコア体（２）は、平板状金属帯材（３
）と波板状金属帯材（４）が相互の当接部を有するよう
に一括渦巻状に巻回されたもの（巻回タイプ）であり、
第３図のハニカムコア体（２′）は、平板状金属帯材（
３′）と波板状金属帯材（４′）が階層状に積層された
もの（積層タイプ）である。ハニカムコア体（２，２’
　）は図示されるように軸芯方向に多数の網目状通気孔
路（５，５’　）を有する。なお、第２図〜第３図にお
いてハニカムコア体（２，２’　）が筒状金属ケース（
６，６’　）に積装された状態のものが示されている。

本発明の薄肉鋼板の詳細及びその優位性を、前記した金
属製担持母体との関連で、以下の実施例において示すこ
とにする。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて、更に詳しく説明する
が、本発明はこれら実施例のものに限定されない。

（実施例−１） 低炭素鋼（ＪＩＳ　Ｇ３１４１．５ＰＣＧ）の厚さ０．
０３５ｍｍ幅７４．５ｍｍの薄肉鋼帯からなる平板状帯
材の表裏両面に、電気ニッケルメッキにより膜厚６ｐｍ
のＮｉ層を形成した。次に、混合溶融塩浴（塩化リチウ
ム、塩化カリウム、塩化ナトリウム及びフッ化ナトリウ
ムからなる塩浴）中に浸漬してフラキシングを行なった
。

そして、フラキシング処理後、　７３０°Ｃの溶融アル
ミニウム浴中に浸漬し、エアーブローとともにワイピン
グしながら引」−げ、アルミニウム浴への溶出のため厚
さが約４ｇｍになったＮｉ層の」ユに、４〜１０ｇｍの
Ａ１層を形成した。

次に、無醇化または還元性雰囲気の加熱炉にて、　７８
０°Ｃに保持し、平板状帯材の表面にＮｉとＡ文を拡散
浸透させた。

これにより、その表面にＮｉとＡｎの合金化層を有する
、耐熱耐食性で、硬く剛性の高い波形を形成することが
できる平板状金属帯材を得ることができる。

前記平板状金属帯材、及び該帯材をフォミングギアの間
を通して、山と山とのピ・ンチ０．５ｍｍ、山の高さ２
．５ｆｌ１ｍの波形に加工した波板状金属帯材を、重ね
合せて、渦巻状に巻き込みハニカムコア体とし、Ｎｉろ
う材により要部をろう接合し、金属製相持母体とした。

平板状金属帯材と波板状金属帯材を巻回加工するとき、
波板状金属帯材の波形は変形せず、所望のハニカムコア
体が得られた。なお、必要に応じて前記ハニカムコア体
を筒状金属ケースに圧入積装し、両者をろう接合しても
良い。

（実施例−２） 低クロム鋼（ＪＩＳ　Ｇ４３０５　ＳＵＳ　４１０Ｌ、
　１１〜１３．５％Ｏｒ）の厚さ０．０４ｍｍ、幅５０
．８ｍｍｃ７）薄肉鋼帯からなる平板状金属帯材の表裏
両面に、電気ニッケルメッキにより膜厚５ｇｍのＮｉ層
を形成した。次に混合溶融塩浴に浸漬してフラキシング
を行なった。

そして、フラキシング後、　７２０°Ｃの溶融アルミニ
ウム浴中に浸漬し、エアーブローとともにワイピングし
ながら引上げ、アルミニウム浴中への溶出のため厚さが
約２〜３７ｐｍになったＮｉ層上に、４〜１０ｐｍのＡ
文層を形成した。

その後は実施例１と同様に拡散浸透処理し、ハニカムコ
ア体を製作した。平板状金属帯材と波板状金属帯材との
巻回加工において、波板状金属帯材の波形は、何等変形
することなく、所望のハニカムコア体を得ることができ
た。該ハニカムコア体を用いて、実施例−１と同様にし
て金属製相持母体を製作した。

（性能評価） 実施例１及び実施例２で得た金属製担持母体の通気孔路
の表面に、活性アルミナ（カンマ−アルミナ）粉末とア
ルミナゾルを配合したスラリーを塗布し、これを　６０
０°Ｃに加熱処理して触媒担体層を被着形成した。これ
を常温〜７００°Ｃ間の５０サイクルの急熱急冷と振動
を加える試験を試みた結果、いずれも接合部、被覆層に
亀裂、剥離は観察されず、優れた耐熱衝撃性が認められ
た。また、このものの耐熱性、耐高ン晶腐食性も優れて
いた。

なお、本発明の薄肉鋼板の表面番こは、Ａ文被膜層、Ａ
１合金化層にもとづ＜Ａｆｌが存在しているため、通常
行なわれている触媒を担持させるための前工程、即ち、
アルミナを主成分とするウォッシュコート液の処理時に
、両者の親和性が高められ触媒相持層としてのアルミナ
層やアルミニウムウィスカーを安定して生成させること
ができる。即ち、排気ガス浄化用として使用される高価
な白金などを含む三元触媒を確実に担持させることがで
き、信頼性のある排気ガス浄化用触媒を担持するための
金属製担持母体を提供することができるというメリット
もある。

〔発明の効果〕

本発明の薄肉鋼板は、低炭素鋼、低クロム鋼などの圧延
が容易でかつ比較的安価に入手される鋼材から製作され
るため、経済的である。

また、薄肉鋼板の表面にニッケルメッキ被膜を形成し、
次いでアルミニウム被Ｈりを形成するとともに相互拡散
させることにより、Ｆｅ−Ｎ１ＡＪＩ　　Ｆｅ−０ｒ−
Ｎｉ−Ａｎ　、　Ｎ１−Ａ文などのニッケルを含有した
合金化層が形成され、これら重合形成された被覆層が優
れた耐熱性及び耐高温腐食性を発現するとともに、薄肉
鋼板に剛性を付与する。

さらに、本発明の薄肉鋼板同志を接合する場合、これら
の被覆合金化層がろう材の機能を果たすため強固に接合
されるので、別途の溶接あるいはろう接の工程を省略す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の平板状帯材（薄肉鋼板）にＦｅ−ＡＭ
−Ｎｉなどの合金化層を形成させるための説明図である
。 第２図は本発明の薄肉鋼板を用いた排気ガス浄化用触媒
を担持するための巻回状の金属製担持母体の斜視図、第
３図は本発明の薄肉鋼板を用いた階層状の金属製担持母
体の斜視図である。 ｌ、１′・・・金属製担持母体 ２．２′・・・ハニカムコア体 ３．３′・・・平板状金属帯材 ４．４′・・・波板状金属帯材 ５．５′・・・網目状通気孔路 ６．６′・・・金属ケース 特 許出願人 臼井国際産業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、表面層として、鋼板を構成する金属成分とニッケル
   とアルミニウムとの相互拡散層を有していることを特徴
   とする薄肉鋼板。 ２、薄肉鋼板上にニッケルメッキ被膜を形成し、次いで
   該ニッケル被膜が形成された薄肉鋼板を溶融アルミニウ
   ム浴に浸漬処理して、表面層として鋼板を構成する金属
   成分とニッケルとアルミニウムとの相互拡散層を形成さ
   せてなることを特徴とする薄肉鋼板の製造方法。 ３、薄肉鋼板上に、順次、ニッケルメッキ被膜、アルミ
   ニウム被膜を形成し、次いで、拡散浸透処理をして、表
   面層として鋼板を構成する金属成分とニッケルとアルミ
   ニウムとの相互拡散層を形成させてなることを特徴とす
   る薄肉鋼板の製造方法。 ４、薄肉鋼板が、低炭素鋼、低クロムの耐熱鋼、低ニッ
   ケルの耐熱鋼である請求項２または３に記載の薄肉鋼板
   の製造方法。 ５、薄肉鋼板の厚さが、０．０３〜２．０ｍｍのもので
   ある請求項２または３に記載の薄肉鋼板の製造方法。 ６、溶融アルミニウム浴または拡散浸透処理の温度が、
   ７００〜８００℃である請求項２または３に記載の薄肉
   鋼板の製造方法。 ７、溶融アルミニウム浴または拡散浸透処理における浸
   漬処理時間が、６０秒以下である請求項２または３に記
   載の薄肉鋼板の製造方 法。 ８、アルミニウム被膜の形成が、メカニカルメッキ法、
   蒸着法または電気メッキ法によるものである請求項３に
   記載の薄肉鋼板の製造方法。