CN101171352A - 波纹管原管用铁素体类不锈钢板 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种加工性优良的波纹管原管用铁素体类不锈钢板。具体来说，本发明的波纹管原管用铁素体类不锈钢板，其特征在于，Cr含有10～25质量％，屈服应力为300～450MPa，屈服应力和均匀延伸率的乘积在5200(MPa·％)以上。并且，波纹管原管用铁素体类不锈钢板，优选的是，上述钢板的平均结晶粒径D在35μm以下，或者，上述钢板的表面粗糙度Ra在0.40μm以下。

Description

波纹管原管用铁素体类不锈钢板

技术领域

本发明涉及一种用于波纹管的原管(raw material pipe for bellowspipe)的铁素体类不锈钢板(ferritic stainless sheet)，所述波纹管原管设置于液体、气体的输送管等的一部分上，具有吸收热膨胀(thermalexpansion)引起的伸缩应变(expansion and contraction strain)、应力、机械振动应变(mechanical vibrational strain)等的功能。

背景技术

波纹管(bellows)、柔性管(flexible tubing)(以后，还仅称为“波纹管”)是具有与管轴成直角的平行波形的壁(parallel corrugatedwall)的折皱状的金属制管(accordion steel pipe)，由于能够使其伸缩(elongate end contract)、施加挠曲(deflection)或进行弯曲(bending)，因而不仅能够在汽车中使用，还能在以船舶、航空器等运输机为首的空调设备(air-conditioning)、工业用工厂设备(industrial plantequipment)、真空装置(vacuum equipment)等科学实验设备(scientificexperiments equipment)等广大领域中使用。特别是，最近以来，在汽车排气系统配管(automotive exhaust pipe)的连接部分采用，从而发挥有效地吸收高温的排气(auto emission)引起的热应变(thermal strain)、发动机的振动(throb of an engine)的功能。

在金属制波纹管、软性管的加工方法中，如在浮田，“波纹管和软性管的最新制造技术”，塑性和加工，1991年7月，第32卷，第366号，p.818-824中记载，有滚压成形(roll forming)、液压成形(hydrostatic forming)、弹性成形(elastomeric forming)、膨胀成形(expansion forming)等各种方法，可根据各尺寸、用途来选择最适合的加工方法。图1用于示意性地表示作为汽车排气系统波纹管的一种制造方法的、单牙成形方式的液压成形方法。具体为如下方法：1是波纹管的原管，将其如图1一样配置后，在原管内充满液体后进行加压，从而使原管的管壁在夹紧模(clamp die)3和成形模(forming die)4之间膨胀，然后，通过将夹紧模3沿轴方向进行压缩而形成牙6，重复该操作而制造具有多个牙的波纹管。该方法，虽然与通过一次液压成形制成规定数的牙的方法相比，金属模费用廉价，但另一方面存在生产率较低的问题，由于可用比较简单的金属模进行加工，能够自由地制成牙的个数、牙高度H，从而具有能够形成所希望的形状、牙数的波纹管的优点。

另一方面，加工成波纹管的原管，通常结构为，将铜、SUS304(奥氏体类不锈钢(austenitic stainless steel))等为代表的FCC金属(facecentered cubic metal)重叠单层或双层。使用FCC金属、奥氏体类不锈钢板的原因在于，用其他金属材料难以加工成波纹管。但是，将奥氏体类不锈钢板作为原材的原管，虽然容易加工成波纹管，但在通过波纹管内部的气体或液体等高温的情况或腐蚀性强的情况下，容易引起氧化(oxidization)、高温腐蚀(high-temperature corrosion)或应力腐蚀裂纹(stress corrosion crack)。特别是，用于汽车排气系统(automotiveexhaust system)的奥氏体类不锈钢板制的波纹管，由于使用中的温度(service temperature)上升至500～750℃程度，由此在附着因融雪(snow melting)而散布在道路上的盐类的情况下，存在原材本身变得敏化(sensitization)，从而容易引起高温盐害腐蚀(high-temperature saltcorrosion)的问题。并且，奥氏体类不锈钢，虽然加工性优良，但由于大量含有Ni，因而还存在价格昂贵的问题。因此，要求开发出价格低廉且加工性优良的波纹管原管用原材。

从这种背景出发，发明出了不含Ni的各种波纹管原管用铁素体类不锈钢板。例如，在特开平7-268560号公报中，公开有一种通过将C、Si、Mn、S、Cr、Al、Ti、N、O量规定为特定范围来达成35％以上的延伸率和1.5以上的r值的波纹管加工性优良的铁素体类不锈钢板。并且，在特开平8-176750号公报中，公开有一种通过将C、Cr、A、N、Si、Mn、Ti、Nb、Mo、Cu、Ni量规定为特定范围，并且将结晶粒径限定在最适合的范围而波纹管加工性优良的铁素体类不锈钢板。并且，在特开平8-88854号公报中，公开有一种通过将C、Cr、Al、N、Si、Mn、Ti、Nb、Mo、Cu、Ni量规定为特定范围，波纹管加工性和高温疲劳特性优良的铁素体类不锈钢板。并且，在特开平9-125208号公报中，公开有一种通过将C、Cr、N、Ti、Mo量规定为特定范围，并且将原材的表面粗糙度限定在最适合的范围而波纹管加工性和高温盐害腐蚀性优良的铁素体类不锈钢板。

但是，将上述铁素体类不锈钢板作为原材的波纹管原管的波纹管加工性(bellows formability)，与将奥氏体类不锈钢板作为原材相比还不充分，不能应用于牙高H更高形状的波纹管中。在此，波纹管的牙高H，是指如图1所示，波纹管的牙顶部外径(outside diameter of peak)Φ和牙底部外径(outside diameter of bottom)A(波纹原管的外径A)之差的2分之1。并且，现状是，对于用于波纹管原管的原材的铁素体类不锈钢板的哪一个特性对波纹管原管的加工性产生影响，实际上没有充分掌握。

发明内容

因此，本发明的目的在于，在了解作为波纹管原管的铁素体类不锈钢板所要求的特性的基础上，提供波纹管加工性优良的波纹管原管用铁素体类不锈钢板。

发明人等为了开发出加工性优良的波纹管原管，关于作为其原材的铁素体类不锈钢板的机械特性和波纹管原管的加工性之间的关系进行锐意研究。其结果，发现波纹管加工中的可成形的最大牙高Hmax(maximum peak height)(或最大牙顶部外径ΦMAX，以后仅称为ΦMAX)与原材的屈服应力(yield stress)YS及屈服应力和均匀延伸率(uniform elongation properties)(一致延伸率)的乘积(YS×UE1)相关，另一方面，波纹管加工中的可成形的最小牙高Hmin(或最小牙顶部外径ΦMIN，以后仅称为ΦMIN)与原材的屈服应力YS相关，并且，可成形的最大牙高Hmax与最小牙高Hmin之差，即可成形的牙高的范围(宽度)(或(ΦMAX-ΦMIN)的2分之1)与原材的屈服应力YS、以及与屈服应力和均匀延伸率的乘积(YS×UE1)相关，从而完成了本发明。其中，在此，如下所述地求出最大牙顶部外径ΦMAX、最小牙顶部外径ΦMIN。通过图1所示的单牙成形方式的液压成形法，使波纹管的牙底部外径A一定(50mmφ)，使牙顶部外径Φ的目标值发生各种变化，从而在相同条件下连续形成10个牙，测定该10个牙的各顶点的外径而得到φ(1)、φ(2)、φ(3)…φ(10)，设其中的最小值为φmin，最大值为φmax以及其平均值为φav。并且，将满足以下式：0.98φav≤φmin≤φav≤φmax≤1.02φav的视为合格品。并且，将该合格品的φav中的最小值定义为可成形的最小牙顶部外径φMIN，最大且不发生液压成形时的裂纹的值定义为可成形的最大牙顶部外径φMAX。另外，上述式中，牙顶部外径φ的偏差较小，即表示成形稳定性，其特别对容易使成形不稳定的可成形的最小牙顶部外径φMIN进行评价有效。另一方面，可成形的最大牙顶部外径φMAX通常为由成形时的裂纹发生所决定的值，牙高H的偏差的影响较小。

即，本发明的波纹管原管用铁素体类不锈钢板，其特征在于，含有10～25质量％的Cr，屈服应力为300～450MPa，屈服应力和均匀延伸率的乘积在5200(MPa·％)以上。

并且，本发明的上述不锈钢板，其特征在于，用于板厚在0.5mm以下、波纹管原管的外径A为28～80mmφ的单层或双层的汽车排气系统波纹管的原管。在此，如图1所示，波纹管原管的外径A是在形成波纹管之前的钢管的外径，大致与波纹管的牙底部外径A相同。

并且，本发明的不锈钢板是上述不锈钢板的平均结晶粒径在35μm以下的波纹管原管用铁素体类不锈钢板。

并且，本发明的不锈钢板是上述不锈钢板的表面粗糙度Ra为0.40μm以下的波纹管原管用铁素体类不锈钢板。在此，上述表面粗糙度Ra是使用依据JIS B0651的接触式表面粗糙度检测仪，根据JIS B0601(1997年版)，测定与钢板的轧制方向成直角的方向的算术平均粗糙度的值。

将本发明的铁素体类不锈钢板用于原材料的波纹管原管，由于价格低廉，加工性优良，因而适用于在汽车排气系统中使用的波纹管的原管。

附图说明

图1是说明单牙成形方式的液压成形方法的示意图。

图2是表示屈服应力YS和可成形的最小牙顶部牙径ΦMIN之间的关系的图表。

图3是表示屈服应力YS和可成形的最大牙顶部外径ΦMAX之间的关系的图表。

图4是表示均匀延伸率UE1和可成形的最大牙顶部外径ΦMAX之间的关系的图表。

图5是表示屈服应力和均匀延伸率的乘积(YS×UE1)与可成形的最大牙顶部外径ΦMAX之间的关系的图表。

图6是表示屈服应力和均匀延伸率的乘积(YS×UE1)与ΦMAX-φMIN(可成形的牙高H的宽度的2倍)之间的关系的图表。

标号说明

1：波纹管原管

2：杆(rod)

3：夹紧模

4：成形模

5：密封圈(seal packing)

6：成形牙(formed peak)

Φ：牙顶部外径

A：牙底部外径(波纹管原管的外径)

H：牙高

具体实施方式

发明人等，使用先前说明的单牙成形方式的液压成形法，研究用于波纹管原管的原材的铁素体类不锈钢板的哪个特性对加工性产生影响。

在液压成形(hydraulic forming)中，通常由在膨胀的原管(evaginated untreated pipe)的管壁产生裂纹来决定由原管(untreatedpipe)制造波纹管时的可成形的最大牙高Hmax(或ΦMAX)。并且，作为原管的原材所要求的特性，认为均匀延伸率(uniform elongationproperties)(一致延伸率)重要。这是因为，成形时即使在一处引起不均匀变形(nonuniformity deformation)时，局部地液压(fluid pressure)上升而成为裂纹(crack)的起点(source)，例如，即使不导致裂纹，也会使作为波纹管的耐久性能显著变差。发明人等，关于各种铁素体类不锈钢板，进行拉伸试验和由液压成形进行的波纹管成形，并调查拉伸特性和可成形的波纹管的最大牙高Hmax(或ΦMAX)之间的关系。其结果，还确认可成形的最大牙高Hmax(或ΦMAX)与均匀延伸率之间的相关性，反而知晓了与屈服应力YS、以及与屈服应力与均匀延伸率的乘积(YS×UE1)之间具有强烈的相关性，YS在某个值以下、且YS×UE1在某个值以上时可成形的最大牙高Hmax(或ΦMAX)变大。并且可知，可成形的最大牙高Hmax(或ΦMAX)与平均结晶粒径D之间具有强烈的相关关系，D在某个值以下可成形的最大牙高Hmax(或ΦMAX)进一步变大。并且可知，可成形的最大牙高Hmax(或ΦMAX)与表面粗糙度Ra之间也具有强烈的相关关系，Ra在某个值以下可成形的最大牙高Hmax(或ΦMAX)进一步变大。

另一方面，在液压成形中，通过以相同成形条件得到的牙高H(或牙顶部外径Φ)的偏差来决定由原管制造波纹管时的可成形的最小牙高Hmin(或ΦMIN)。这是因为，在牙高H(或牙顶部外径Φ)较低的加工应变较小的区域，虽然不会引起裂纹，但牙高H(或牙顶部外径Φ)的偏差变大时，不能满足作为产品的品质要求。并且，调查该牙高H(或牙顶部外径Φ)的偏差和与作为原管的原材的铁素体类不锈钢板的机械特性之间的关系。其结果，如后述的实施例1的图2所示，可知该牙高H(或牙顶部外径Φ)的偏差和原管的屈服应力之间具相关性，屈服应力YS在规定值以上的情况下，牙高H(或牙顶部外径Φ)的偏差变小，由此可成形的最小牙高Hmin(或ΦMIN)变小。

关于可成形的最大牙高Hmax(或ΦMAX)，在原材的屈服应力YS在某个值以下且屈服应力和均匀延伸率的乘积(YS×UE1)在某个值以上时变大的原因，发明人等考虑如下。

YS变得过高时，n值(n-value)变小，加工应变的传播不均匀，结果，均匀延伸率降低，可成形的最大牙高Hmax(或ΦMAX)减低。并且，波纹管的成形是由来自内部的液压引起的拉伸成形(stretchforming)和由轴向压缩引起的压曲成形(buckling forming)的复合成形(composite forming)，相对于拉伸成形，有利的是材料的均匀延伸率UE1较大，并且，相对于压曲成形，有利的是材料的屈服应力较小。另一方面，由于UE1、YS都较小的材料，一般其作为材料的断裂强度(rupture strength)的TS(tensile strength)也低，因而直到达到断裂的成形极限较低。作为结果，认为YS×UE1在某个值(5200MPa·％)以上时，可成形的最大牙高Hmax(ΦMAX)变大。

另一方面，可成形的最小牙高Hmin(或ΦMIN)，在原材的屈服应力YS在规定值以上时变小的原因在于，通常，YS较低，虽然意味着容易引起塑性变形(plastic strain)，但在容易变形且变形量较小的情况下，难以控制成形，反而成为发生牙高H(或牙顶部外径Φ)的偏差的原因。特别是，对波纹管进行液压成形的情况下，如上所述，由液压引起的拉伸及成形和轴向压缩(axial compression)引起的压曲成形这2种变形的组合成为使成形的控制变得更难的原因。因此，为了减少牙高H(或牙顶部外径Φ)的偏差，认为优选YS高至一定程度。

本发明是根据上述见解完成的。

另外，由于原材的屈服应力YS和屈服应力与均匀延伸率的乘积(YS×UE1)为不同的特性，因而在要增大可成形的最大牙高Hmax(或ΦMAX)的情况下，使YS在规定值以下，YS×UE1在规定值以上，另一方面在要减小可成形的最小牙高Hmin(或ΦMIN)的情况下，使YS在规定值以上即可。并且，为了扩大可成形的牙高H(或牙顶部外径Φ)的加工范围(宽度)，增大最大牙高Hmax(或ΦMAX)，减小最小牙高Hmin(或ΦMIN)就可以，但由于YS和YS×UE1引起的最大牙高Hmax(或ΦMAX)的变化，大于YS引起的最小牙高Hmin(或ΦMIN)的变化，因而结果对控制减小YS，增大YS×UE1有效。

并且，关于可成形的最大牙高Hmax(或ΦMAX)在平均结晶粒径D为某个值以下时变大的原因，发明人等考虑如下：认为平均结晶粒径D变小时，钢板断面的板厚方向上的结晶粒的数量增加、变形时的应变均匀地进行的情况和由微细化引起的强度上升而难以引起裂纹的情况互相作用，由此提高均匀延伸率，导致可成形的最大牙高Hmax(或ΦMAX)的增大。通常，钢铁材料包含无数的结晶粒，各个结晶粒沿着基于结晶取向的特定的滑移面、滑移方向，进行具有各向异性的变形，作为综合具有各取向的各个结晶粒的变形的结果，宏观性塑性变形明显化。但是，结晶粒变大、沿材料断面的板厚方向并列的结晶粒的数量减少时，各个结晶粒的各向异性的影响强烈地显现，由结晶取向不同，存在容易产生局部缩颈的部位。在板材、管材中，这种部位成为裂纹的起点而使成形性降低。因此，多使用薄壁材料的波纹管的成形性，容易受到平均结晶粒径的影响。

另外，在要进一步增大可成形的最大牙高Hmax(或ΦMAX)情况下，使平均结晶粒径D在规定值以下就可以。

并且，关于可成形的最大牙高Hmax(或ΦMAX)在表面粗糙度Ra为某个值以下时变大的原因，发明人等考虑如下。

认为表面粗糙度Ra变小时，钢板表面的凹凸变小，加工时成为裂纹的起点的部位减少的结果，均匀延伸率变大而导致可成形的最大牙高Hmax(或ΦMAX)的增大。

另外，在要进一步增大可成形的最大牙高Hmax(或ΦMAX)情况下，使表面粗糙度Ra在规定值以下就可以。

接着对本发明的铁素体类不锈钢板的机械特性进行具体说明。

·屈服应力YS：300～450MPa

一般来说，原材的屈服应力YS越低成形性就越良好。但是，关于波纹管原管的加工性，YS过低时反而不优选。这是因为，如上所述，YS较低，意味着容易变形，但在对波纹管进行液压成形的情况下，反而会成为牙顶部外径Φ(或牙高H)的偏差(variation)的原因。特别是，还如后文所述的实施例1的图2所示，屈服应力YS低于300MPa时，牙顶部外径Φ(或牙高H)的偏差变大，从而有可成形的最小牙顶部外径ΦMIN(或Hmin)也具有变大的趋势。另一方面，如后文所述的实施例1的图3所示，原材的YS超过450MPa而过高时，均匀延伸率降低而导致可成形的最大牙顶部外径ΦMAX(或Hmax)的降低，此外，波纹管的强度变高而有损柔软性，其结果，作为波纹管的吸收位移、振动的能力降低。这样，屈服应力YS需要限制在300～450MPa的范围。

·屈服应力和均匀延伸率的乘积(YS×UE1)≥5200(MPa·％)

作为决定波纹管加工性的另一因素的可成形的最大牙高Hmax(或ΦMAX)，即能够没有裂纹地成形的最大牙高，还确认与单纯的总延伸率、均匀延伸率(后文所述的实施例1的图4)也具有较弱的相关性，还如后文所述的实施例1的图5所示，强烈取决于屈服应力和均匀延伸率的乘积(YS×UE1)，该值越大，可成形的最大牙顶部外径ΦMAX(或Hmax)变大。特别是，在原管的原材所具有的YS×UE1在5200(MPa·％)以上时，可成形的最大牙高Hmax(ΦMAX)显著变大。并且，还如后文所述的实施例1的图6所示，可成形的最大牙顶部外景ΦMAX和最小牙顶部外径ΦMIN之差，即，可成形的牙高H的范围(宽度)(或ΦMAX-ΦMIN的2分之1)也具有YS×UE1越大则越扩大的趋势。这样，YS×UE1需要在5200(MPa·％)以上。

·平均结晶粒径D：35μm以下

作为决定波纹管加工性的另一因素的可成形的最大牙高Hmax(或ΦMAX)，即能够没有裂纹地成形的最大牙高，除了取决于屈服应力和均匀延伸率的乘积(YS×UE1)在5200(MPa·％)以上，还较大地取决于原材钢板的平均结晶粒径D，平均结晶粒径越小，可成形的最大牙顶部外径ΦMAX(或Hmax)进一步变大。特别是，在原材的平均结晶粒径D在35μm的情况下，均匀延伸率提高，结果，可抑制裂纹的产生，由此可成形的最大牙高Hmax(ΦMAX)显著变大。并且，可成形的最大牙顶部外径ΦMAX和最小牙顶部外径ΦMIN之差，即，可成形的牙高H的范围(宽度)(或ΦMAX-ΦMIN的2分之1)具有平均结晶粒径D越小则越扩大的趋势。这样，平均结晶粒径D需要在35μm以下。另外，从使可成形的尺寸范围变宽的观点出发，平均结晶粒径D优选为10～25μm的范围。

·表面粗糙度Ra：0.40μm以下

作为决定波纹管加工性的另一因素的可成形的最大牙高Hmax(或ΦMAX)，即能够没有裂纹地成形的最大牙高，除了取决于屈服应力和均匀延伸率的乘积(YS×UE1)在5200(MPa·％)以上，还较大地取决于原材钢板的表面粗糙度Ra，表面粗糙度越小，可成形的最大牙顶部外径ΦMAX(或Hmax)进一步变大。特别是，在原材的表面粗糙度以算术平均粗糙度Ra计在0.40μm的情况下，提高均匀延伸率，抑制裂纹的产生，由此可成形的最大牙高Hmax(ΦMAX)显著变大。并且，可成形的最大牙高Hmax和最小牙高Hmin之差，即，可成形的牙高的范围(宽度)Hmax-Hmin(或ΦMAX-ΦMIN的2分之1)，也具有表面粗糙度Ra越小则越扩大的趋势。这样，表面粗糙度以算术平均粗糙度Ra计需要在0.40μm以下。另外，从使可成形的尺寸范围变宽，或提高光泽等产品的设计性的观点出发，表面粗糙度Ra优选在0.20μm以下。

本发明的铁素体类不锈钢板所具有的上述机械特性，优选通过以下方法制造。熔炼具有后文所述的优选的成分组成的铁素体类不锈钢并制成钢板坯，用公知的方法对其进行热轧，并根据需要进行热轧板退火、酸洗、冷轧、最终退火而制成成品。各条件虽然不特别限定，优选的是，热轧的条件为，钢板坯加热温度为1000～1250℃；粗轧的轧制温度为1000～1150℃，轧制率在60％以上；终轧的轧制温度为600～900℃，轧制率在60％以上，卷取温度为400～700℃。优选的是，热轧后，施行800～1050℃×20秒以上的连续退火或700～850℃×4小时以上的分批退火的热轧板退火，然后，进行酸洗而去氧化皮。接着，优选的是，进行每次轧制率在50％以上的一次冷轧或夹着中间退火的2次以上的冷轧后，施行基800～1050℃×10秒以上的连续退火的最终退火，并根据需要，施行轧制率在0.3％以上的调质轧制而制成成品板，即波纹管用钢板。

此时，为了将屈服应力YS和屈服应力与均匀延伸率的乘积(YS×UE1)控制在适当的范围内，特别优选的是，在上述优选的制造条件的范围内，提高最终冷轧轧制率，以较低的温度进行最终退火而提高UE1，或者通过改变最终工序的调质轧制的轧制率来调整YS。其中，YS和YS×UE1，不言而喻受到成分组成的影响，但还受到经由热轧、其后的热轧板退火、冷轧等而制成最终产品的各制造工序的条件的影响，在工业上批量生产时，优选的是对各制造生产线的条件进行控制，以成为最适合的条件。

并且为了将平均结晶粒径D控制在适当的范围内，特别优选的是，在上述优选的制造条件的范围内，提高最终冷轧轧制率，通过以较低的温度进行最终退火而减小平均结晶粒径D。其中，平均结晶粒径D，本来就受到成分组成的影响，当然还受到经由热轧、其后的热轧板退火、冷轧等而制成最终产品的各制造工序的条件的影响，在工业上批量生产时，优选的是对各制造生产线的条件进行控制，以成为最适合的条件。

并且，钢板的表面粗糙度的算术平均粗糙度Ra，在控制调质轧制的工作辊的表面粗糙度的算术平均粗糙度Ra或省略调质轧制的情况下，可以通过控制最终冷轧的工作辊的表面粗糙度的算术平均粗糙度Ra而进行调整。另外，由于调质轧制不仅能够调整表面粗糙度Ra，通过使轧制率变化而还能够调整YS，因而优选的是，与上述冷轧轧制率、最终退火温度组合而调整YS和表面粗糙度Ra。其中，YS、拉伸率等的机械特性，本来就受到成分组成的影响，当然还受到经由热轧、其后的热轧板退火、冷轧等而制成最终产品的各制造工序的条件的影响，在工业上批量生产时，优选的是对各制造生产线的条件进行控制，以成为最适合的条件。

另外，本发明的铁素体类不锈钢板优选板厚在0.5mm以下的钢板。如上所述，波纹管形成平行波形的折皱状，具有吸收热膨胀、振动等引起的位移的功能。位移作为弯曲而在波纹管上施加负荷，此时，板厚大时在波纹管上产生的变形变大。并且，在上述变形超过波纹管的弹性极限的情况下，成为塑性变形，成为使波纹管疲劳破坏的原因。因此，从防止疲劳破坏的观点出发，板厚越薄越优选，但在本发明中，考虑作为原材的不锈钢板、不锈钢管的可制造性、制造成本，作为实际上不发生问题的范围，优选板厚在0.5mm以下。

使用这样制造而得到的冷轧退火板，施行弯曲加工，通过TIG(Tungsten Inert Gas)、等离子体焊接(plasma welding)等普通的电弧焊方法(arc welding process)制造外径为A的波纹管原管。对所得到的波纹管原管通过液压成形方法，制造规定的牙顶部外径Φ和牙底部外径为A的波纹管。

将本发明的铁素体不锈钢板作为原材的波纹管原管，优选外径A为28～80mmφ的单层或双层结构。波纹管在弹性极限的范围内能够吸收的位移量，主要由其牙高来决定，但即使是相同的牙高H，原管外径A(还称作牙底部外径A)越细，牙顶部的扩管率就越大，成形变得困难。即，可成形的最大牙高Hmax变小。因此，在原管外径A较细的情况下，还限制能够吸收的位移量。因此，在汽车排气系统波纹管用途中，为了能够吸收规定的位移量，原管外径A优选在28mmφ以上。并且，在原管外径A较大，薄壁的情况下，由于波纹管本身的刚性不足，因而容易产生压溃、压曲，并由于实际上难以使用，因而原管外径A优选在80mmφ以下。

另外，在设计上需要波纹管的刚性的情况下，考虑增大壁厚t(板厚t)，但如上所述，由于壁厚t(板厚t)的增大成为疲劳破坏的原因，从而不优选。为了避免这种情况，可通过使薄壁的钢板重叠而形成多层管来确保刚性、强度。具体来说，优选制成双层管，制成三层管以上时，在可制造性、制造成本的方面不优选。并且，壁厚相同时，制成双层管的一方，由于刚性降低，柔软性增加，因而还具有提高疲劳强度的效果。并且，根据使用环境，有时在波纹管的内表面和外表面要求特性不同，在这种情况下，优选制成使用符合各要求的原材的双层管。

接着对本发明的铁素体类不锈钢板的成分组成进行说明。

Cr：10～25质量％

Cr是为了赋予耐腐蚀性而添加的必需元素。Cr含量不足10质量％时，不能确保作为不锈钢的耐腐蚀性。另一方面，Cr含量超过25质量％而添加时，有时脆性变差而降低制造性。另外，Cr是价格昂贵的元素，从减少原料成本的观点出发，Cr含量进而优选为10～18质量％的范围。

本发明的铁素体类不锈钢板，除了Cr以外，可根据要求特性添加以下元素，从而实现耐腐蚀性、机械特性、化学特性的改善。

·C：0.05质量％以下、N：0.05质量％以下

C和N，由于除了与Cr形成化合物而使耐腐蚀性变差以外，还对加工性产生不良影响，因而越少越好。因此，优选的是，C限定在0.05质量％以下，N限定在0.05质量％以下。进而优选在C：0.01质量％以下(此处原文标记有误)。进而优选在N：0.01质量％以下。另外，由于C量和N量极其微量时不会对作为波纹管的特性产生任何不良影响，因而不限定下限值。

·Si：0.2～1质量％

Si是对改善耐氧化性、耐高温盐害特性有效的元素，并且也是使钢硬质化，使延展性降低的元素。为了得到上述的提高耐氧化性、耐高温盐害特性的效果，优选添加0.2质量％以上。但是，超过1质量％而添加时，由于过度成为硬质，对波纹管加工性产生不良影响，因而上限优选在1质量％以上。进而优选为0.3～0.6质量％。

·Mn：0.5质量％以下

Mn是为了改善脱氧、脱硫以及热加工性而添加的元素。为了得到其效果，优选在0.1质量％以上。但是，由于Mn硫化物使耐腐蚀性变差，因而含量优选较低因此，考虑制造成本和生产率，Mn优选在0.5质量％以下另外，虽然不特别设置Mn的下限，但从将焊接凝固裂纹感受性抑制成较低的观点出发，优选含有0.2质量％以上。

·P：0.04质量％以下

由于P在晶界偏析而使韧性降低，因而优选减少。但是，由于过度的脱磷导致制造成本的上升，因而P优选在0.04质量％以下。进而优选在0.03质量％以下。另外，由于P含量即使较低也不会对本发明的效果产生不良影响，因而不必限定下限。

·S：0.01质量％以下

S是对耐腐蚀性、耐氧化性产生不良影响的元素，特别是超过0.01质量％时，由于该影响变得显著，因而上限优选为0.01质量％。进而优选在0.007质量％以下。另外，S较低时不会对波纹管特性产生不良影响，因而越低越好。

·Ni：1.0质量％以下

Ni是使耐腐蚀性提高的元素。为了得到其效果，优选在0.1质量％以上。但是，超过1.0质量％而添加时，由于不仅该效果饱和，而且导致成本上升，因而优选在1.0％以下的范围内添加Ni。进而优选的范围为Ni：0.2～0.6质量％。

·Ti：小于0.5质量％、Nb：小于1.0质量％

Ti和Nb，由于与C、N反应而形成析出物，使结晶粒微细化而具有提高均匀延伸率的效果，因而使可根据需要添加的元素。为了得到其效果，分别优选Ti：0.02质量％以上、Nb：0.04质量％以上。但是，过度添加时，析出物的增加引起的表面性状的劣化、金属间化合物的生成引起强度上升、并且由此引起加工性的劣化。由此，Ti和Nb的添加量，分别优选Ti：小于0.5质量％、Nb：小于1.0质量％。进而优选为Ti：0.05～0.4质量％、Nb：0.1～0.8质量％。

·2Ti+Nb≥16(C+N)

并且，Ti和Nb将C、N作为析出物而固定，具有改善冷轧后退火的再结晶粒的取向，使r值提高的效果。为了发挥该效果，优选满足2Ti+Nb≥16(C+N)而添加。

·Mo：4.0质量％以下、Cu：4.0质量％以下

Mo和Cu都具有提高耐腐蚀性的效果。为了得到其效果，分别优选Mo：1.2质量％以上、Cu：1.2质量％以上。但是，过度添加时，引起脆化而在热轧工序中产生表面缺陷，从而使产品的表面品质变差。因此，在添加所述元素的情况下，优选的是，分别限定在Mo：4.0质量％以下、Cu：4.0质量％以下。进而优选为Mo：1.5～3.0质量％以下、Cu：1.5～3.0质量％。

·W：小于5.0质量％

W使强度上升，对波纹管所要求的常温和高温下的疲劳耐久性的提高有效。为了得到其效果，优选在0.5质量％以上。但是，由于过度含有时导致延展性的降低，对成形性产生不良影响，因而其上限优选为不足5.0质量％。进而优选在4.0质量％以下。

实施例

实施例1

熔炼具有表1所示的各种成分组成的铁素体类不锈钢并制成钢板坯，根据通常方法对该钢板坯进行热轧、热轧板退火、酸洗、冷轧，然后进行最终退火、调质轧制而制成板厚为0.3mm的调质轧制板。此时的各工序的制造条件设为上述优选的范围，主要通过改变热轧板退火、最终退火、调质轧制的条件而使机械特性发生变化。从该调质轧制板选取样品，从与轧制方向成直角的方向选取JIS 13号B试验片，根据JIS Z 2241进行拉伸试验，求出屈服应力YS和均匀延伸率UE1。并且，将上述调质轧制板作为原材，制造外径为50mmφ的双层管(壁厚0.6mm)，将其作为波纹管而供于以下成形试验中。

(波纹管成形试验)

通过图1所示的单牙成形方式的液压成形法，使波纹管的牙底部外径A为一定(50mmφ)，使牙顶部外径Φ的目标值发生各种变化，从而在相同条件下连续形成10个牙，测定该10个牙的各顶点的外径而得到φ(1)、φ(2)、φ(3)……φ(10)，设其中的最小值为φmin，最大值为φmax以及其平均值为φav。并且，将满足以下式：0.98φav≤φmin≤φav≤φmax≤1.02φav的视为合格品。并且，将该合格品的φav中的最小值定义为可成形的最小牙顶部外径φMIN，最大且不发生液压成形时的裂纹的值定义为可成形的最大牙顶部外径φMAX。另外，上述式中，牙顶部外径φ的偏差较小，即表示成形稳定性，其特别对容易使成形不稳定的可成形的最小牙顶部外径φMIN进行评价有效。另一方面，可成形的最大牙顶部外径φMAX通常为由成形时的裂纹发生决定的值，牙高H的偏差的影响较小。

上述拉伸试验和波纹管成形试验的结果如表2所示。并且，以表2的结果作为基础，将屈服应力YS和可成形的最小牙顶部外径ΦMIN之间的关系表示于图2；屈服应力YS和可成形的最大牙顶部外径ΦMAX之间的关系表示于图3；均匀延伸率UE1和可成形的最大牙顶部外径ΦMAX之间的关系表示于图4；屈服应力与均匀延伸率的乘积(YS×UE1)和可成形的最大牙顶部外径ΦMAX之间的关系表示于图5；屈服应力与均匀延伸率的乘积(YS×UE1)和ΦMAX-ΦMIN(可成形的牙高的宽度的2倍)之间的关系表示于图6。从上述结果可知，在YS为300～450MPa且YS×UE1为5200MPa·％以上的范围内，可成形的最小牙顶部外径ΦMIN变小，可成形的最大牙顶部外径ΦMAX以及ΦMAX-ΦMIN(可成形的牙高的宽度的2倍)变大。

实施例2

在实施例1的表2的结果中为适合例的钢17，其冷轧后的退火的温度在800～860℃的范围内变更，使退火保持时间在15～90秒的范围内变更而调整产品粒径，同样供于波纹管成形实验的结果如表3所示。可知通过将产品粒径设定为D≤35μm，可成形的最大牙顶部外径ΦMAX以及ΦMAX-ΦMIN变大，从而进一步提高波纹管成形性。

实施例3

在实施例1的表2的结果中为适合例的钢10，通过对调质轧制辊的粗糙度在0.3～0.6μm的范围内进行调整而调整产品的表面粗糙度Ra，同样供于波纹管成形实验的结果如表4所示。可知通过将产品粗糙度设定为Ra≤0.4μm，可成形的最大牙顶部外径ΦMAX以及ΦMAX-ΦMIN变大，从而进一步提高波纹管成形性。

产业上的利用可能性

本发明的铁素体类不锈钢板，还能够用于以热交换器、燃料电池的领域为首的要求高温特性的用途、领域中。

表1

原材No.	化学成分(质量％)													(2Ti+Nb)-16(C+N)
															C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	N	Ti	Nb	Cu	W
	钢1	0.0100	0.018	0.005	0.0142	0.0022	9.6	0.20	0.001	0.0112	0.380	0.001	0.18															-	0.422
钢2														0.0300	0.076	0.242	0.0142	0.0011	9.7	0.20	0.001	0.0120	0.380	0.109	0.10	-	0.197
	钢3	0.0213	0.045	0.010	0.0189	0.0016	11.0	0.50	0.001	0.0120	0.353	0.170	0.16															-	0.343
钢4														0.0290	0.076	0.062	0.0261	0.0011	11.5	0.01	0.160	0.0164	0.370	0.109	0.08	-	0.123
	钢5	0.0123	0.101	0.462	0.0199	0.0005	11.6	0.60	0.160	0.0213	0.353	0.130	0.37															-	0.298
钢6														0.0288	0.101	0.132	0.0310	0.0005	12.0	0.02	0.580	0.0213	0.447	0.234	0.41	-	0.326
	钢7	0.0260	0.140	0.192	0.0368	0.0008	12.1	0.52	1.100	0.0231	0.500	0.540	0.79															-	0.754
钢8														0.0270	0.140	0.320	0.0368	0.0050	12.4	0.24	1.100	0.0320	0.166	0.923	1.02	-	0.311
	钢9	0.0084	0.189	0.280	0.0400	0.0003	13.3	0.01	1.540	0.0320	0.192	0.950	1.24															-	0.688
钢10														0.0182	0.244	0.382	0.0236	0.0005	13.4	0.65	1.950	0.0387	0.255	0.620	1.77	-	0.220
	钢11	0.0283	0.314	0.462	0.0270	0.0004	14.0	0.02	2.340	0.0031	0.368	0.675	2.49															-	0.909
钢12														0.0830	0.434	0.247	0.0320	0.0054	15.5	0.73	0.840	0.0075	0.100	0.950	2.30	-	-0.298
	钢13	0.1100	0.434	0.500	0.0312	0.0038	15.7	0.01	1.420	0.0107	0.100	0.923	3.59															-	-0.808
钢14														0.0250	0.210	0.380	0.0253	0.0039	16.1	0.45	0.120	0.0078	0.121	0.375	3.22	-	0.092
	钢15	0.0190	0.500	0.208	0.0378	0.0050	16.3	0.84	2.610	0.0111	0.166	1.000	4.00															-	0.850
钢16														0.0100	0.231	0.172	0.0260	0.0029	17.2	0.67	1.950	0.0031	0.378	0.001	0.16	-	0.547
	钢17	0.0050	0.320	0.240	0.0284	0.0047	17.4	0.05	0.100	0.0442	0.387	0.016	1.47															-	0.003
钢18														0.0052	0.329	0.240	0.0260	0.0050	17.5	0.01	0.100	0.0500	0.458	0.039	0.18	-	0.072
	钢19	0.0114	0.189	0.266	0.0390	0.0006	17.6	0.55	1.540	0.0387	0.085	0.410	0.50															-	-0.222
钢20														0.0059	0.347	0.260	0.0382	0.0043	17.7	0.89	0.120	0.0047	0.090	0.346	1.81	-	0.356
	钢21	0.0213	0.347	0.283	0.0247	0.0046	18.0	0.07	0.100	0.0047	0.457	0.011	2.18															-	0.509
钢22														0.0125	0.231	0.300	0.0314	0.0022	18.4	0.91	0.840	0.0057	0.001	0.504	0.67	-	0.215
	钢23	0.0123	0.210	0.275	0.0230	0.0028	19.0	0.02	4.000	0.0075	0.010	0.410	1.26															-	0.113
钢24														0.0114	0.270	0.330	0.0335	0.0030	20.0	0.79	3.500	0.0088	0.080	0.395	1.14	-	0.232
	钢25	0.0030	0.347	0.885	0.0256	0.0026	14.2	0.22	0.107	0.0046	0.457	0.01 1	0.11															2.44	0.803
钢26														0.0125	0.231	1.108	0.0323	0.0042	14.6	0.18	0.846	0.0051	0.001	0.504	0.36	4.62	0.224
	钢27	0.0123	0.180	0.275	0.0246	0.0038	14.8	0.23	3.951	0.0072	0.010	0.410	0.04															3.13	0.118
钢28														0.0114	0.270	0.330	0.0344	0.0022	15.4	0.20	1.790	0.0038	0.080	0.395	0.09	0.29	0.312

表2

原材No.	波纹管原管的原材特性						备注
								YS(MPa)	Uel(％)	YS×UEL(MPa·％)	ΦMIN(mm)	ΦMAX(mm)	φMAX-φMIN(mm)
	钢1	464.9	9.8	4537	55.5	65.0								9.5	比较例
钢2							302.2	15.1	4554	57.0	67.0	10.0	比较例
	钢3	473.8	10.5	4975	56.0	66.5								10.5	比较例
钢4							442.8	11.4	5048	55.0	65.5	10.5	比较例
	钢5	314.4	18.2	5722	57.0	78.0								21.0	适合例
钢6							446.0	11.5	5129	56.0	67.0	11.0	比较例
	钢7	420.0	11.7	4910	57.0	64.0								7.0	比较例
钢8							276.0	7.6	2100	60.0	66.7	6.7	比较例
	钢9	425.6	12.5	5320	55.5	75.9								20.4	适合例
钢10							414.2	13.7	5687	56.5	73.2	16.7	适合例
	钢11	387.2	14.4	5580	56.5	74.0								17.5	适合例
钢12							243.3	21.6	5255	61.5	79.0	17.5	比较例
	钢13	336.5	16.2	5438	55.5	74.5								19.0	适合例
钢14							253.1	22.2	5624	62.5	77.0	14.5	比较例
	钢15	324.3	17.4	5627	57.0	74.5								17.5	适合例
钢16							260.0	18.1	4698	60.5	66.9	6.4	比较例
	钢17	400.0	13.0	5200	56.0	73.5								17.5	适合例
钢18							383.1	14.2	5432	57.0	79.3	22.3	适合例
	钢19	292.4	19.1	5570	59.5	78.5								19.0	比较例
钢20							367.6	15.8	5815	56.5	75.0	18.5	适合例
	钢21	267.8	17.5	4681	61.0	68.5								7.5	比较例
钢22							360.0	15.0	5400	57.0	76.0	19.0	适合例
	钢23	353.7	16.3	5755	55.5	77.0								21.5	适合例
钢24							325.1	17.2	5605	56.5	77.0	20.5	适合例
	钢25	267.8	18.5	4949	61.1	68.8								7.7	比较例
钢26							360.0	15.4	5551	57.3	79.3	22.0	适合例
	钢27	353.7	16.9	5963	56.1	73.1								17.0	适合例
钢28							325.1	17.8	5800	56.7	75.2	18.6	适合例

表3

原材No.	波纹管原管的原材特性							备注
									YS(MPa)	Uel(％)	YS×UEL(MPa·％)	ΦMIN(mm)	ΦMAX(mm)	φMAX-φMIN(mm)	D(μm)
	钢17-1	400.0	13.0	5200	56.0	73.5	17.5									41.2	适合例
钢17-2								403.7	12.9	5208	56.1	73.5	17.4	36.0	适合例
	钢17-3	404.3	13.0	5256	56.4	76.6	20.2									34.2	适合例
钢17-4								403.2	13.4	5403	56.2	76.0	19.8	30.3	适合例(进一步改善)
	钢17-5	406.8	12.8	5207	55.8	76.3	20.5									28.3	适合例(进一步改善)

表4

原材No.	波纹管原管的原材特性							备注
									YS(MPa)	Uel(％)	YS×UEL(MPa·％)	ΦMIN(mm)	φMAX(mm)	φMAX-φMIN(mm)	Ra(μm)
	钢10-1	414.2	13.7	5675	56.5	73.2	16.7									0.584	适合例
钢10-2								413.6	13.7	5666	56.4	73.2	16.8	0.515	适合例
	钢10-3	414.8	13.5	5600	56.4	73.2	16.8									0.421	适合例
钢10-4								412.3	13.9	5731	56.5	75.4	18.9	0.392	适合例(进一步改善)
	钢10-5	412.0	14.0	5768	56.5	75.6	19.1									0.290	适合例(进一步改善)

Claims (8)

1.一种波纹管原管用铁素体类不锈钢板，其中，含有10～25质量％的Cr，屈服应力为300～450MPa，屈服应力和均匀延伸率的乘积在5200(MPa·％)以上。

2.根据权利要求1所述的波纹管原管用铁素体类不锈钢板，用于板厚在0.5mm以下、外径为28～80mmφ的单层或双层的汽车排气系统波纹管的原管。

3.根据权利要求1或2所述的波纹管原管用铁素体类不锈钢板，其中，平均结晶粒径在35μm以下。

4.根据权利要求1或2所述的波纹管原管用铁素体类不锈钢板，其中，表面粗糙度Ra为0.40μm以下。

5.一种波纹管原管用铁素体类不锈钢板，其中，含有10～25质量％的Cr，屈服应力为300～450MPa，平均结晶粒径在35μm以下。

6.根据权利要求5所述的波纹管原管用铁素体类不锈钢板，用于板厚在0.5mm以下、外径为28～80mmφ的单层或双层的汽车排气系统波纹管的原管。

7.一种波纹管原管用铁素体类不锈钢板，其中，含有10～25质量％的Cr，屈服应力为300～450MPa，表面粗糙度Ra为0.40μm以下。

8.根据权利要求7所述的波纹管原管用铁素体类不锈钢板，用于板厚在0.5mm以下、外径为28～80mmφ的单层或双层的汽车排气系统波纹管的原管。

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