WO2010070829A1 - ガスケット用鋼板の製造方法及びガスケット - Google Patents

ガスケット用鋼板の製造方法及びガスケット Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a steel plate for gaskets used in car cooler compressors and the like, and more specifically to a gasket manufactured by the method, and more specifically, can manufacture a steel plate for gaskets that is excellent in elasticity and formability. It is related with the gasket which bears.
  • FIG. 1 a rubber coating metal having a structure shown in FIG. 1 is known as a sealing part for oil and gas used at high temperatures in the automobile field.
  • 1 is a steel plate
  • 2 is an adhesive layer
  • 3 is a rubber layer
  • 4 is a surface coating material layer.
  • the rubber coating metal shown in FIG. 1 is molded as shown in FIG. 2, and is widely used as a car cooler compressor gasket.
  • 5 is a bead and 6 is a retainer.
  • the gasket functions include a basic shape retention function and a fluid sealing function using beads on the embossment provided in the product.
  • a car cooler uses CFCs as a refrigerant and exchanges heat energy through a cycle of compression, liquefaction, and vaporization of CFCs.
  • the compressed chlorofluorocarbon is carried to the next process by opening and closing the discharge valve.
  • a retainer processed into a gasket controls the opening / closing amount of the discharge valve. Since the discharge valve contacts the gasket about 4000 to 9000 times / minute, the retainer needs to maintain high strength and high elasticity.
  • JIS G 3141 equivalent material which is available for general use by steel plate manufacturers, has good formability but is inferior in elasticity, cannot withstand the stress of the discharge valve, and a phenomenon in which the retainer breaks is observed.
  • Patent Document 1 discloses a method for producing a stainless steel plate for a flapper valve. In particular, it has a high fatigue property, a high hardness and a small occurrence of burr after punching, and a cold rolling rate of 5% or more. A method of rolling and manufacturing a stainless steel plate for a flapper valve is disclosed. The point of being a stainless steel plate is apparent from the fact that it contains Ni 2.0 to 6.0 mass% and Cr 12.0 to 20.0 mass%.
  • Patent Document 1 since it is a stainless steel plate, there is no disclosure about cold rolled steel plate (SPCC).
  • SPCC cold rolled steel plate
  • Patent Document 2 Mn: 0.5 to 3.0%, Ni: ⁇ 1.2%, a continuous cast slab made of the remaining Fe and inevitable impurities is hot-rolled, pickled, A method for producing a cold-rolled steel sheet for gasket material that is subjected to cold rolling with a rolling rate of 30 to 90% is described.
  • Mn is a component necessary for preventing red heat embrittlement during hot rolling due to the impurity S, and at the same time, a high tempering degree is imparted to the original plate. It has been clarified that it is more than%.
  • the present invention is excellent in so-called elasticity and moldability, which can improve the formability (punchability) by reducing the elongation at break while improving the yield strength against the repeated stress of the discharge valve and maintaining high elasticity. It is an object of the present invention to provide a gasket that can manufacture a steel sheet for gaskets that can withstand repeated stress of a discharge valve.
  • the rolling rate is 10% or more. It is a manufacturing method of the steel plate for gaskets characterized by performing temper rolling.
  • the invention according to claim 2 is the method for producing a steel sheet for gaskets according to claim 1, wherein a hot rolling step, a pickling step, and a cold rolling step are sequentially performed before annealing.
  • Invention of Claim 3 is a manufacturing method of the steel plate for gaskets of Claim 1 or 2 characterized by Mn being 0.3% or less.
  • the invention described in claim 4 is a gasket characterized in that it is formed by using the gasket steel plate obtained by the method for manufacturing a gasket steel plate according to any one of claims 1 to 3.
  • the present invention it is possible to improve the formability (punchability) by reducing the elongation at break while improving the yield strength against the repeated stress of the discharge valve and maintaining high elasticity. It is possible to produce a gasket steel plate that can withstand the repeated stress of the discharge valve.
  • the steel raw material for producing the steel plate for gaskets in the present invention is a general-purpose product such as SPCC, SPCD, SPCE, SPCF, SPCG specified in JIS G 3141 (cold rolled steel plate and steel strip) with chemical components.
  • a certain Mn is prepared to be less than 0.5%.
  • the steel raw material contains 0.15% or less of carbon as other components, P, S, etc., and Fe as the remaining component.
  • Ni is less than 2.0%, preferably less than 1.5%
  • Cr is less than 12.0%, preferably less than 10%. Therefore, since Ni and Cr are contained in a small amount as described above, it cannot be a stainless steel plate as disclosed in JP-A-2005-36266 (Patent Document 2).
  • the following effects are exhibited when Mn in the steel raw material is less than 0.5%.
  • Mn in the steel raw material is less than 0.5%.
  • the strength of the steel is remarkably improved, and a special die using high-speed steel or super steel as the press material is required at the time of product punching, which causes the problem of punching.
  • it is less than 0.5% there is an advantage that molding can be performed with SKD11 which is a general-purpose material.
  • the method for producing a steel sheet for gaskets according to the present invention is characterized in that after annealing the above steel raw material, a temper rolling treatment with a rolling rate of 10% or more is performed.
  • the process before annealing is not limited, but for example, a hot rolling process, a pickling process, and a cold rolling process can be sequentially performed.
  • the molten steel prepared with the above-described chemical components is melted by a generally known melting method using a converter or the like, and then rolled into a rolled material by a commonly used casting method such as a continuous casting method.
  • the rolled material is stretched with a roll in a hot state, and hot-rolled to a thickness of about 2 to 4 mm at about 600 ° C.
  • various steel materials can be obtained by adjusting the processing temperature, cooling speed, and the like.
  • the hot-rolled sheet hot-rolled to a thickness of about 2 to 4 mm is pickled.
  • the method of pickling is not particularly limited, and various organic acids or inorganic acids can be used as the acid.
  • cold-roll to a thickness of about 0.1 to several millimeters with a roll at room temperature.
  • Cold means that no heat is applied.
  • annealing can also be performed after cold rolling.
  • temper rolling is performed after annealing.
  • it is important that the rolling rate is 10% or more.
  • the rolling rate is also referred to as a temper rolling rate.
  • the temper rolling ratio is less than 10%, strain hardening is insufficient, so that an appropriate proof stress (290 MPa or more, preferably 315 MPa or more) cannot be obtained, the stress of the discharge valve cannot be endured, and the steel plate is damaged. Arise.
  • the temper rolling ratio is 10% or more
  • a strain hardening phenomenon that can withstand the repeated stress of the discharge valve occurs in the steel sheet, thereby improving the yield strength and maintaining high elasticity, while increasing the breaking elongation.
  • the gasket of the present invention can be obtained by molding a steel sheet for gaskets manufactured as described above into a rubber coating metal.
  • the shape can illustrate the shape shown in FIG.
  • the obtained gasket exhibits the effect of withstanding the repeated stress of the discharge valve due to the steel plate characteristics of the material.
  • the component analysis of the reinforcing component was obtained from the molten steel analysis value.
  • Example 1 The steel plates of Examples 1 to 3 could be punched with SKD11, had a small amount of burrs, and had a uniform cross-sectional state. In addition, the gaskets formed from Examples 1 to 3 did not cause retainer cracks. Example 2 is more suitable for mass production.
  • Comparative Example 1 rolling rate 2%
  • Comparative Example 2 rolling rate 2%, manganese content 0.7%)
  • the yield strength was improved because the manganese content increased, but the elongation at break was higher than the appropriate range.
  • Comparative Examples 1 and 2 the amount of burrs was larger than in Examples 1 to 3, and the cross-sectional state was not uniform. Retainer cracking was observed in the gaskets formed from Comparative Examples 1 and 2.
  • Comparative Example 3 (rolling rate 2%, manganese content 1.2%) was remarkably improved in strength and could not be overcome with SKD11.
  • Comparative Example 4 (rolling rate 5%), the elongation at break was higher than the appropriate range, and the cross-sectional state was not uniform. In addition, the gasket formed from Comparative Example 4 showed a retainer crack.

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Abstract

本発明は、吐出弁の繰り返し応力に耐力を向上させて高弾性を保持しつつ、破断伸びを低減させて成形性（打ち抜き性）を向上でき、いわゆる弾性および成形性に優れたガスケット用鋼板の製造方法を提供するものであり、また、吐出弁の繰り返し応力に耐えるガスケットを提供するものである。 本発明のガスケット用鋼板の製造方法は、Ｍｎが０．５％未満、Ｎｉが２．０％未満、Ｃｒが１２．０％未満の組成を有する鋼原材を、焼鈍した後、圧延率１０％以上の調質圧延を行うことを特徴とするものであり、また、本発明のガスケットは、前記の製造方法によって得られるガスケット用鋼板を用いて形成されることを特徴とするものである。

Description

ガスケット用鋼板の製造方法及びガスケット
　本発明は、カークーラーコンプレッサーなどに使用されるガスケット用鋼板の製造方法及びその方法によって製造されるガスケットに関し、詳しくは、弾性および成形性に優れたガスケット用鋼板を製造でき、吐出弁の繰り返し応力に耐えるガスケットに関する。
　従来、自動車分野において高温下で使用するオイルやガスのシール部品として、図１に示す構造のラバーコーティングメタルが知られている。図１において、１は鋼板、２は接着剤層、３はゴム層、４は表面コート材層である。
　図１に示すラバーコーティングメタルは、図２に示すように成形し、カークーラーコンプレッサー用途ガスケットとして、広く使用されている。図２において、５はビード、６はリテーナである。
　ガスケットの機能としては、基本である形状保持機能と共に、製品に設けられたエンボス上のビードによる流体のシール機能がある。
　またガスケットの特に重要な機能として、中心部の絞り加工された「リテーナ」による機能がある。カークーラーは、フロンを冷媒とし、フロンを圧縮、液化、気化のサイクルにより、熱エネルギーの交換を行っている。圧縮されたフロンは、吐出弁の開閉により次工程に運ばれる。吐出弁の開閉量を制御するのがガスケットに加工されたリテーナである。吐出弁は、４０００～９０００回／分程度、ガスケットに接触する為、リテーナは高強度・高弾性を保持する必要がある。
　従来、コストダウンなどもあり、打ち抜き工程ではより安価な型（例えばＳＫＤ１１（ＪＩＳ　Ｇ　４４０４）など）を使用するため、成形性に優れたＳＰＣＣ材を使用している。しかし、鋼板メーカーなどで汎用に入手できるＪＩＳ　Ｇ　３１４１相当材は、成形性は良好であるが弾力性に劣り、吐出弁の応力に耐え切れず、リテーナの破損が発生する現象が認められる。
　また、高弾性を有する金属、例えば高張力鋼板などを使用した場合、リテーナの割れ対策はできるものの、高硬度の打ち抜き型（例えばハイス鋼や超鋼）を使用する必要があり、コスト面で不利であった。
　特許文献１には、フラッパーバルブ用のステンレス鋼板の製造方法を開示しており、特に、高い疲労特性を有し、高硬度で打ち抜き加工後のかえり発生が小さい、圧延率５％以上の冷間圧延を施して、フラッパーバルブ用のステンレス鋼板を製造する方法を開示している。ステンレス鋼板である点は、Ｎｉ２．０～６．０質量％、Ｃｒ１２．０～２０．０質量％含んでいることから明らかである。
　しかし、特許文献１の技術では、ステンレス鋼板であるため、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）についての開示はない。
　特許文献２には、Ｍｎ：０．５～３．０％、Ｎｉ：≦１．２％であり、残部Ｆｅおよび不可避的な不純物よりなる連続鋳造鋳片を、熱間圧延、酸洗し、圧延率が３０～９０％の冷間圧延を施すガスケット材用冷延鋼板の製造法が記載されている。特許文献２において、段落番号００３２には、Ｍｎは不純物であるＳによる熱延中の赤熱脆性を防止するために必要な成分であると同時に、原板に高い調質度を与えるため、０．５％以上とする旨が、明らかにされている。
　しかし、補強性のあるＭｎを０．５％以上添加した場合、鋼の強度が著しく向上し、製品打ち抜き時に、プレス材質としてハイス鋼や超鋼を用いた特殊型が必要となり、成形性（打ち抜き性）の問題があった。
特開２００３－４１３５０号公報 特開２００５－３６２６６号公報
　そこで、本発明は、吐出弁の繰り返し応力に耐力を向上させて高弾性を保持しつつ、破断伸びを低減させて成形性（打ち抜き性）を向上させることができる、いわゆる弾性および成形性に優れたガスケット用鋼板を製造でき、吐出弁の繰り返し応力に耐えるガスケットを提供することを課題とする。
　本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。
　上記課題は、以下の各発明によって解決される。
　請求項１記載の発明は、Ｍｎが０．５％未満、Ｎｉが２．０％未満、Ｃｒが１２．０％未満の組成を有する鋼原材を、焼鈍した後、圧延率１０％以上の調質圧延を行うことを特徴とするガスケット用鋼板の製造方法である。
　請求項２記載の発明は、焼鈍の前に、熱間圧延工程、酸洗い工程、及び冷間圧延工程を順次経ることを特徴とする請求項１記載のガスケット用鋼板の製造方法である。
　請求項３記載の発明は、Ｍｎが０．３％以下であることを特徴とする請求項１又は２記載のガスケット用鋼板の製造方法である。
　請求項４記載の発明は、請求項１～３の何れかに記載のガスケット用鋼板の製造方法によって得られるガスケット用鋼板を用いて形成されることを特徴とするガスケットである。
　本発明によれば、吐出弁の繰り返し応力に耐力を向上させて高弾性を保持しつつ、破断伸びを低減させて成形性（打ち抜き性）を向上させることができる、いわゆる弾性および成形性に優れたガスケット用鋼板を製造でき、吐出弁の繰り返し応力に耐えるガスケットを提供することができる。
ラバーコーティングメタルの例を示す断面図 カークーラーコンプレッサー用途ガスケットの例を示す平面図
　１：鋼板
　２：接着剤層
　３：ゴム層
　４：表面コート材層
　５：ビード
　６：リテーナ
　以下、本発明の実施の形態について説明する。
　本発明におけるガスケット用鋼板を製造する際の鋼原材は、ＪＩＳ　Ｇ　３１４１（冷間圧延鋼板及び鋼帯）に規定するＳＰＣＣ、ＳＰＣＤ、ＳＰＣＥ、ＳＰＣＦ、ＳＰＣＧのような汎用品を、化学成分であるＭｎが０．５％未満となるように調製したものである。また鋼原材には、その他の成分として、炭素０．１５％以下を含み、その他Ｐ、Ｓなどを含み、残部成分としてＦｅが含まれる。
　本発明における鋼原材の化学組成中、Ｎｉは２．０％未満、好ましくは１．５％未満、Ｃｒは１２．０％未満、好ましくは１０％未満である。したがって、ＮｉとＣｒが上記のように含んでも少量であるので、特開２００５－３６２６６号公報（特許文献２）のようなステンレス鋼板にはなり得ない。
　本発明では、鋼原材中のＭｎが０．５％未満であることによって以下の効果を発揮する。すなわち、補強性のあるマンガンを０．５％以上添加する場合、鋼の強度が著しく向上し、製品打ち抜き時にプレス材質としてハイス鋼や超鋼を用いた特殊型が必要となり、打ち抜きの問題を引き越していたが、０．５％未満にすると、汎用的な材質であるＳＫＤ１１にて成形可能となる利点がある。
　本発明のガスケット用鋼板を製造する方法は、上記の鋼原材を、焼鈍した後、圧延率１０％以上の調質圧延処理を行うことを特徴とする。
　また本発明においては、焼鈍の前の工程に制限はないが、たとえば、熱間圧延工程、酸洗い工程、及び冷間圧延工程を順次経ることができる。
　上述した化学成分に調製された溶鋼を、転炉等を用いた通常公知の溶製方法により溶製、次に連続鋳造法等の通常用いられる鋳造方法で圧延素材とする。
　次に、圧延素材を約１２００℃程度に加熱してから、熱い状態のままで、ロールで順次伸ばして行き、約６００℃程度で、２～４ｍｍ程度の厚さに熱間圧延する。熱間圧延は、加工する温度や冷やすスピードなどを調整することで、種々の鋼材が得られる。
　２～４ｍｍ程度の厚みに熱間圧延した熱延板を、酸洗いすることが好ましい。酸洗いの方法は格別限定されず、酸としては、各種の有機酸または無機酸を使用できる。
　酸洗い後に、常温でロールにより厚さ０．１～数ミリ程度の厚みに冷間圧延する。冷間というのは、特に熱を加えないという意味である。ここで、冷間圧延後に焼きなましを行うこともできる。
　本発明では、焼鈍後に、調質圧延を行う。本発明において、圧延率を、１０％以上にすることが重要である。
　以下、圧延率は調質圧延率ともいう。
　本発明において、調質圧延率が１０％未満では、歪み硬化が不十分なため、適正耐力（２９０ＭＰａ以上、好ましくは３１５ＭＰａ以上）が得られず、吐出弁の応力に耐えきれず、鋼板破損を生じる。
　これに対して、調質圧延率を１０％以上にすると、鋼板に吐出弁の繰り返し応力に耐え得る歪み硬化現象が発生し、これにより耐力を向上させて高弾性を保持しつつ、破断伸びを３３％未満（好ましくは３０％以下）まで低減させて成形性（打ち抜き性）を向上させることができる、いわゆる弾性および成形性に優れたガスケット用鋼板を製造できる。すなわち、破断伸びを３３％未満（好ましくは３０％以下）まで低減させたＳＰＣＣ板を得ることができ、安価な型で成形でき、バリ等を少なくすることができる。
　本発明のガスケットは、上記によって製造されるガスケット用鋼板をラバーコーティングメタルに成形加工等して得られる。形状は図２に示した形状を例示できる。
　得られたガスケットは、その素材である鋼板特性によって、吐出弁の繰り返し応力に耐える効果を発揮する。
　以下、実施例により本発明の効果を例証する。
実施例１～実施例３、比較例１～比較例４
　表１に示す各鋼板をラバーコーティングメタルに成形し、下記の評価を実施した。
　補強成分の成分分析は溶鋼分析値で求めた。
　＜評価＞
　（機械特性）
　ＪＩＳ　Ｚ　２２０１規定の５号試験片を使用し、試験方向を鋼板圧延方向として、下記測定により、耐力（ＭＰａ）、引っ張り強度（ＭＰａ）、破断伸び（％）を、いずれもＪＩＳ　Ｚ　２２４１に準拠し、測定した。
　（打抜き性）
　型：ＳＫＤ１１を使用した。ＳＫＤ１１で打ち抜けない場合はハイス鋼を使用した。
　バリ量：バリ量＝パンチ／ダイクリアランス（０．０６ｍｍ）として、打ち抜き後、形状測定機にて測定した。
　断面状態：打ち抜き後のせん断面または破断面の状態を目視観察し、均一か不均一か評価した。
　（繰返し応力による耐久性）
　各ラバーコーティングメタルをガスケットに成形し、吐出弁の繰り返し荷重によるリテーナ割れの有無を評価した。
　＜評価結果＞
　評価結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　実施例１～３の鋼板は、ＳＫＤ１１で打ち抜くことができ、バリ量も少なく断面状態が均一だった。また、実施例１～３から形成されたガスケットは、リテーナ割れが発生しなかった。実施例２は、量産にさらに適している。
　比較例１（圧延率２％）は、耐力・破断伸びが適正範囲に入らなかった。比較例２（圧延率２％、マンガン量０．７％）は、マンガン量が増加したため耐力は向上したが、破断伸びが適正範囲より高かった。比較例１、２では、バリ量は実施例１～３に比べて多く、断面状態は不均一だった。比較例１、２から形成されたガスケットではリテーナ割れが見られた。
　比較例３（圧延率２％、マンガン量１．２％）は、強度が著しく向上し、ＳＫＤ１１では打ちぬくことができなかった。
　比較例４（圧延率５％）は破断伸びが適正範囲より高く、断面状態が不均一だった。また、比較例４から形成されたガスケットではリテーナ割れが見られた。

Claims (4)

  1. 　Ｍｎが０．５％未満、Ｎｉが２．０％未満、Ｃｒが１２．０％未満の組成を有する鋼原材を、焼鈍した後、圧延率１０％以上の調質圧延を行うことを特徴とするガスケット用鋼板の製造方法。
  2. 　焼鈍の前に、熱間圧延工程、酸洗い工程、及び冷間圧延工程を順次経ることを特徴とする請求項１記載のガスケット用鋼板の製造方法。
  3. 　Ｍｎが０．３％以下であることを特徴とする請求項１又は２記載のガスケット用鋼板の製造方法。
  4. 　請求項１～３の何れかに記載のガスケット用鋼板の製造方法によって得られるガスケット用鋼板を用いて形成されることを特徴とするガスケット。
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