JP2017048828A - ガスケット用ステンレス鋼クラッド - Google Patents

Abstract

【課題】フランジの熱変形が生じた場合でもガスケットの面圧を低下させず、エンジン始動段階から常に優れた排気ガスのシール性を有する耐熱ガスケット用クラッドの提供。【解決手段】オーステナイト系ステンレス鋼層５ａおよびフェライト系ステンレス鋼層５ｂを備え、加熱および冷却を含む熱履歴が付与された際に、冷却後に前記フェライト系ステンレス鋼層側に凹反りが発生する、耐熱ガスケット用クラッド５。【選択図】図５

Description

本発明は、ガスケット用ステンレス鋼クラッドに関する。

自動車および二輪車のエンジン、エキゾーストマニホールド、触媒コンバータ、ＥＧＲクーラ、ターボチャージャ等の自動車の排気系部品には、耐熱性を有するガスケットが用いられる。

図１および図２には、自動車の排気系部品の接続部に用いられるガスケットの例を示している。図１および図２に示すように、例えば、エキゾーストマニホールド１０と排気管２０ａとの接続部３０ａ、排気管２０ａと排気管２０ｂとの接続部３０ｂなどは、それぞれのフランジ２１ａ、２１ｂに形成された貫通孔に挿入したボルト４０ａ、４０ｂを締め付けることによって締結される。このとき、接続部３０ａ、３０ｂの隙間にはガスケット１ａ、１ｂが挟まれている。ガスケットには、凹凸形状の部位（以下、「ビード」という。）が形成されている。ボルト４０ａ、４０ｂの締め付けにより、ガスケットのビードが変形する。その結果、ビードの凸部の反発力により、接続部３０ａ、３０ｂからのガス漏れの防止などを達成することができる。

自動車の排気系部品の接続部には、高温での使用に耐えうるガスケットとして、特開２００９−２４９６５８号公報（特許文献１）で提案されている高窒素ステンレス鋼や、ＪＩＳ Ｇ ４９０２（耐食耐熱超合金板）に規定されるＮＣＦ６２５、ＮＣＦ７１８など、Ｎｉを質量％で５０％以上含む高価な材料が使用されている。また、単体の金属板ではなく、クラッド材を用いたガスケットが知られている。

クラッド材を用いたガスケットとして、特開平０９−１０９１３６号公報（特許文献２）には、オーステナイト系ステンレス鋼製の基板の腐食雰囲気中に曝される部位に、フェライト系ステンレス鋼を接合した金属ガスケットが開示されている。また、実公昭６２−２３６０号公報（特許文献３）には、オーステナイト組織層の両面にフェライト組織層を接合して、層厚さ方向にクリープ変形をさせるようにしたガスケットが開示されている。

特開２００９−２４９６５８号公報 特開平０９−１０９１３６号公報 実公昭６２−２３６０号公報

自動車の排気系部品は、排気ガスの熱によって高温の熱サイクルを受けて、膨張および収縮を繰り返し、材料の回復、再結晶によりビードの反発力が低下する、いわゆる「ヘタリ」が生じることがある。ビードにヘタリが生じると、ガスケットとフランジ間の面圧が低下し排気ガスの圧力に耐え切れず完全なシールが困難となる。

本発明が対象とする技術分野の一つである自動車用耐熱ガスケットは、自動車に搭載され、その使用時間は数１０００時間となるが、その間にビードのヘタリが生じ、シール性を確保できなくなる問題があった。また、使用時の到達温度は６００℃以上となる。場合によって６５０℃以上、さらには７００℃以上に至ることもある。このような高温では、フェライト系ステンレス鋼では、強度が著しく低下するため、高温強度に優れるオーステナイト系ステンレス鋼が一般的に適用されている。

図３には、前掲の図１において、エキゾーストマニホールド１０と排気管２０ａとの接続部３０ａ周辺を部分的に拡大した図を示す。図３（ａ）に示すように、接続部３０ａの隙間にはガスケット１ａが挟まれており、ボルト４０ａの締め付けにより、ガスケット１ａのビードが変形するので、ガスケット１ａとエキゾーストマニホールド１０との接触面には所定の面圧が負荷された状態で固定されている。

しかし、図３（ｂ）に示すように、高温で長時間使用されると、ビード１ａにヘタリが生じる。その結果、ガスケット１ａとエキゾーストマニホールド１０との間の面圧が低下し、排気管２０ａ内を流通する排気ガスの内圧（図中白抜き矢印）に耐え切れなくなる。そして、ガスケット１ａとエキゾーストマニホールド１０との間に隙間が生じ、シール性を確保できなくなる。

一方、配管２０ａ、２０ｂの接続部に形成されたフランジ２１ａ、２１ｂなどは、高温で長時間の熱サイクルを受けると、熱変形して、ガスケットとの間に隙間を生じるためにシール性を確保できなくなる問題もある。

図４には、前掲の図１において、エキゾーストマニホールド１０と排気管２０ａとの接続部３０ａ周辺を部分的に拡大した図を示す。図４（ａ）に示すように、初期状態においては、ガスケット１ａとエキゾーストマニホールド１０との接触面には所定の面圧が負荷された状態で固定されている。しかし、高温の熱サイクルを受けると、フランジ２１ａが熱変形し、エキゾーストマニホールド１０とフランジ２１ａとの隙間が広がり（図中白抜き矢印参照）、排気管２０ａ内を流通する排気ガスの内圧（図中白抜き矢印）に耐え切れなくなる。そして、ガスケット１ａとエキゾーストマニホールド１０との間に隙間が生じ、シール性を確保できなくなる。フランジ２１ａの熱変形が大きくなると、エンジン停止時にガスケット１ａとエキゾーストマニホールド１０との間に隙間が生じることもある。この問題は、ビード１ａにヘタリが生じていない場合でも生じる。

これらの問題は、燃焼効率向上を目的とする燃焼ガスの高温化、エンジンの小型化、同エンジンでの高出力化を目的とする給排気システムの活用により増加する傾向にある。特に、図４で説明したフランジの熱変形の問題は、冷却機能を有するエンジンと他の製品または配管との接合部で顕在化する状況にある。また、自動車の高速走行での燃焼ガス温度上昇でも顕在化する。なお、自動車の使用時間は積算にて数１０００時間、その際のエンジン稼動停止も数１０００回に及び、高速走行の回数も数１００回程度と推定される。

単体の金属板では、特許文献１に開示されるような材料を用いてもビードのヘタリを避けられない。特許文献２の技術は、主として応力腐食割れの防止を目的とするものであり、ビードのヘタリについて検討されていない。特許文献３では、ガスケットにビードを形成することについて記載されていない。また、ガスケット厚さの垂直方向における高温時の熱膨張を抑制して、ガスケット全体の厚さを初期寸法より増大させるものであり、ビードのヘタリについて検討されていない。

上記のいずれの技術においても、フランジの熱変形が生じた場合にガスケットの面圧の低下を防止する方法について考慮されていない。

本発明は、上記の従来技術の問題を解決するためになされたものであり、フランジの熱変形が生じた場合でもガスケットの面圧を低下させず、エンジン始動段階から常に優れたシール性が得られるガスケット用ステンレス鋼クラッドを提供することを目的としている。

本発明者らは、フェライト系ステンレス鋼とオーステナイト系ステンレス鋼のクラッド材をガスケットに用いて、そのバイメタル効果の活用によりシール性の低下を効果的に防止し、エンジン始動段階から常に優れたシール性が得られる技術について検討し、下記の知見を得た。

（ａ）オーステナイト系ステンレス鋼は、フェライト系ステンレス鋼に比べて、高温での強度に優れ、熱膨張が大きい特性がある。また、高価かつ稀少金属に分類されるＮｉを必要不可欠な元素として一般的に含有する。

（ｂ）フェライト系ステンレス鋼は、６００℃以上の高温域での強度がオーステナイト系ステンレス鋼に比べて大きく低下する傾向がある。ただし、高価なＮｉを一般に含有せず、比較的安価である。

（ｃ）耐熱ガスケットは、エンジンの始動および停止に際して、加熱および冷却が繰り返される。このような熱履歴を、オーステナイト系ステンレス鋼層とフェライト系ステンレス鋼層を備えるクラッド材に付与すると、バイメタル効果により、フェライト系ステンレス鋼層側が凹むように反る、凹反りが発生する。クラッド材の構成を種々調整すれば、この反りを冷却後にも残存させることができる。

（ｄ）このようなクラッド材を用いて、上記の凹反りがビードの立ち上がり方向に一致するようにガスケットを製造すれば、エンジン作動時の加熱でビードが立ち上がり方向に反り（つまり、高さが増加し）、その反りは、エンジンが停止され、冷却された後も残存するものとなる。その積み重ねにより、ビードの高さが増加していくので、フランジの熱変形に追従し、エンジン始動段階から常に優れたシール性が得られる。

（ｅ）コスト、資源面では、高価かつ稀少金属に分類されるＮｉの使用量を抑制すれば、自動車や二輪車の燃費改善による環境問題に対応することができる。

本発明者らは、上記の着想に基づき更に詳細に研究した結果、本発明を完成させた。

本発明は、下記のガスケット用ステンレス鋼クラッドを要旨とする。

（Ａ）耐熱ガスケットに用いられるクラッドであって、オーステナイト系ステンレス鋼層およびフェライト系ステンレス鋼層を備え、加熱および冷却を含む熱履歴が付与された際に、冷却後に前記フェライト系ステンレス鋼層側に凹反りが発生する、耐熱ガスケット用クラッド。

（Ｂ）前記オーステナイト系ステンレス鋼層および前記フェライト系ステンレス鋼層が、下記（１）式の関係を満たす、上記（Ｂ）の耐熱ガスケット用クラッド。
Ｔ_α・σ_αt≧Ｔ_γ・σ_γt … （１）
ただし、上記（１）式中の各記号の意味は下記の通りである。
Ｔ_α：フェライト系ステンレス鋼層の板厚
σ_αt：耐熱ガスケットの使用温度でのフェライト系ステンレス鋼層の０．２％耐力
Ｔ_γ：オーステナイト系ステンレス鋼層の板厚
σ_γt：耐熱ガスケットの使用温度でのオーステナイト系ステンレス鋼層の０．２％耐力

（Ｃ）前記加熱が、６００℃以上への加熱であり、前記冷却が、室温への冷却である、上記（Ａ）または（Ｂ）の耐熱ガスケット用クラッド。

（Ｄ）加熱および冷却を繰り返す熱履歴が付与された際に、前記フェライト系ステンレス鋼層側に凹反りが発生する、上記（Ａ）〜（Ｃ）のいずれかの耐熱ガスケット用クラッド。

（Ｅ）加熱および冷却を繰り返す熱履歴が付与された際に、１０回目の冷却後に反りが０．１ｍｍ以上増加する、上記（Ａ）〜（Ｄ）のいずれかの耐熱ガスケット用クラッド。

本発明によれば、フランジの熱変形が生じた場合でもガスケットの面圧を低下させず、エンジン始動段階から常に優れたシール性を得ることができる。

自動車の排気系部品の接続部に用いられるガスケットの例を示す部分断面図。 自動車の排気系部品の接続部に用いられるガスケットの例を示す部分分解図。 ガスケットの種々の態様を示す部分断面図。（ａ）は、内圧が付与されていない態様を示し、（ｂ）は、内圧が付与された場合に、シール性を確保できない態様を示し、（ｃ）は、内圧が付与された場合でも、シール性を確保している態様を示す。 ガスケットの種々の態様を示す部分断面図。（ａ）は初期の状態を示し、（ｂ）は高温で長時間の熱サイクルを受けた後の状態を示す。 本発明に係るクラッドの例を示す断面図。 本発明に係るクラッドを用いたガスケットの例を示す断面図。 反り試験片の態様を示す図である。 シール性試験材の態様を示す図である。（ａ）は、平面態様を示し、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ｂ断面での断面態様を示す。

以下、図を用いて、本発明の実施形態について説明する。

図５に示すように、本実施形態の耐熱ガスケット用クラッド５は、オーステナイト系ステンレス鋼層５ａおよびフェライト系ステンレス鋼層５ｂを備える耐熱ガスケットに用いられるクラッドに関するものである。耐熱ガスケット用クラッド５は、加熱および冷却を含む熱履歴が付与された際に、冷却後にフェライト系ステンレス鋼層５ｂ側が凹むように反る、凹反りが発生するものである。

次に、本実施形態の耐熱ガスケット用クラッド５を用いて製造されるガスケットの例について説明する。

図４に示すように、ガスケット１は、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼層５ａおよびフェライト系ステンレス鋼層５ｂを備えるクラッド５からなる平板状の基体６と、基体６に設けられた貫通孔７と、貫通孔７を囲繞する位置に基体６の厚さ方向の一方に立ち上げ形成されたビード８とを備える。貫通孔７は、流体が導通するためのものである。また、本実施形態においては、通常のガスケットと同様に、締結具を挿通するための挿通孔（図示省略）を備えている。

そして、クラッド材５は、ビード８を立ち上げ形成した面８ａ側にフェライト系ステンレス鋼層５ｂを備える。ここで、高温時には、オーステナイト系ステンレス鋼層５ａの膨張が大きく、フェライト系ステンレス鋼層５ｂの膨張が小さいため、このクラッド材５を用いて製造されたガスケット１のビード８は、フェライト系ステンレス鋼層５ａ側（ビードを立ち上げ形成した面８ａ側）に反ることになる。また、フェライト系ステンレス鋼層５ｂは、エンジン作動時の温度（６００℃以上の高温域）において、強度がオーステナイト系ステンレス鋼層５ａに比べて大きく低下する傾向がある。このため、エンジンを停止し、ガスケットの温度が室温に低下した場合であっても、ビード８の反りの一部が残存することになる。

その結果、高温で長時間使用され、冷却された後には、前記フェライト系ステンレス鋼層５ｂ側に凹反りを発生させることができる。このため、ビード８を立ち上げ形成した面８ａ側にフェライト系ステンレス鋼層５ｂを備える構成とすれば、ビード８を初期状態よりも反らせる方向、つまり、ビード８の立ち上げ方向に反らせることができ、すなわち、ビード８の高さが増すことになる。このため、室温においても、ガスケット１ａとエキゾーストマニホールド１０との間の面圧を維持することができる。これにより、エンジン始動段階においても、また、エンジン作動中も、ガスケット１ａが排気管２０ａ内を流通する排気ガスの内圧（図中白抜き矢印）に耐えることができ、シール性を常に優れた状態に維持することができる。

ここで、上記の加熱とは、エンジン作動時の排気ガスによる加熱であり、具体的には、前記耐熱ガスケットの使用温度への加熱である。前記耐熱ガスケットの使用温度とは、６００℃以上である。または６５０℃以上、更には７００℃以上に至る場合もある。また、上記の冷却とは、エンジン停止後の冷却であり、具体的には、室温への冷却である。加熱および冷却の繰り返し回数については制約がないが、特に、１０回繰り返した後のフェライト系ステンレス鋼層５ｂ側への凹反りが、初期状態よりも大きい構成のクラッドが好ましい。具体的には、実施例に示す試験条件において、１０回目の冷却後に反りが初期状態よりも０．１ｍｍ以上増加する構成のクラッドが好ましい。さらに、１００回繰り返した後のフェライト系ステンレス鋼層５ｂ側への凹反りが、１０回繰り返した後のフェライト系ステンレス鋼層５ｂ側への凹反りよりも大きい構成のクラッドが好ましい。

なお、上記は、エキゾーストマニホールド１０と排気管２０ａとの接続部３０ａに挟まれるガスケット１ａを例にして説明しているが、このような例に限らない。排気管２０ａと排気管２０ｂとの接続部３０ｂに挟まれるガスケット１ｂなど、高温で使用される部位に用いられるガスケットであれば、上記と同様の効果が得られる。また、本発明によれば、仮にフランジが熱変形をした場合（図４（ｂ）参照）であっても、その形状を追従することが可能であるので、エンジン始動段階から常に優れたシール性が得られる。

ただし、オーステナイト系ステンレス鋼は、より熱膨張率が高いものが望ましく、また、フェライト系ステンレス鋼は、熱膨張率が低いものが望ましい。オーステナイト系ステンレス鋼とフェライト系ステンレス鋼の化学組成は、特定の化学組成に限定されない。オーステナイト系ステンレス鋼としては、たとえば、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０１Ｌ、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４ＬＮ、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ２０１などが挙げられる。また、フェライト系ステンレス鋼としては、たとえば、ＳＵＳ４０９Ｌ、ＳＵＳ４１０Ｌ、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４４４，ＳＵＳ４３６Ｊ１Ｌ，ＳＵＳ４３６Ｌ、ＳＵＳ４３０ＪＩＬなどが挙げられる。

ここで、加熱および冷却を含む熱履歴が付与された際に、冷却後に前記フェライト系ステンレス鋼層側に凹反りが発生する構成であれば、クラッドの厚さ、オーステナイト系ステンレス鋼層およびフェライト系ステンレス鋼層の厚さのバランスなどには、制約がない。

しかし、前記オーステナイト系ステンレス鋼層および前記フェライト系ステンレス鋼層は、下記（１）式の関係を満たすことが好ましい。この関係を満たす場合には、加熱および冷却を含む熱履歴が付与された際に、冷却後に前記フェライト系ステンレス鋼層側に凹反りが発生する。
Ｔ_α・σ_αt≧Ｔ_γ・σ_γt … （１）
ただし、上記（１）式中の各記号の意味は下記の通りである。
Ｔ_α：フェライト系ステンレス鋼層の板厚
σ_αt：耐熱ガスケットの使用温度でのフェライト系ステンレス鋼層の０．２％耐力
Ｔ_γ：オーステナイト系ステンレス鋼層の板厚
σ_γt：耐熱ガスケットの使用温度でのオーステナイト系ステンレス鋼層の０．２％耐力

なお、全厚さに対するオーステナイト系ステンレス鋼層５ａの厚さの割合は、大きすぎても、小さすぎても、本発明の前提となる加熱での熱膨張差による反りを発生させることが困難となる。他方、本発明では、室温へ冷却後にも反りを残存させるため、高価なオーステナイト系ステンレス鋼の割合を少なく、変形を分担させる。そのため、全厚さに対するオーステナイト系ステンレス鋼層５ａの厚さの割合は１０〜５０％とするのがよい。好ましい上限は４５％であり、より好ましいのは４０％である。

ここでは、フェライト系ステンレス鋼層５ｂとオーステナイト系ステンレス鋼層５ａを直接重ねたクラッドで説明したが、両鋼のクラッド化が困難な場合は、Ｎｉ箔などのインサート材を用いて両鋼を接合しても問題ない。

製造コストの観点からは、二層クラッドが望ましいが、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、該オーステナイト系ステンレス鋼とは異なるオーステナイト系ステンレス鋼の三層のクラッドなどでもよい。ただし、三層以上のクラッドであっても、オーステナイト系ステンレス鋼の板厚割合は、上記の範囲とするのがよい。逆に、フェライト系ステンレス鋼を異なる材質で２層とし、オーステナイト系ステンレス鋼を１相とするクラッドでも問題ないが、この場合においてもオーステナイト系ステンレス鋼の板厚割合は、上記の範囲とするのがよい。

クラッド材５の全厚さが小さい場合であっても、高温時にフェライト系ステンレス鋼層側（ビードを立ち上げ形成した面側）に反らせることが可能ではある。しかし、選択されるクラッド材の材料の組み合わせによっては、高温時の反りが不十分で、エキゾーストマニホールドまたはフランジ（以下、「フランジ等」という。）との面圧が小さくなり、十分なシール性を確保することが困難となる場合がある。一方、全厚さが大きすぎる場合には、選択されるクラッド材の材料の組み合わせによっては、高温時にフェライト系ステンレス鋼層側（ビードを立ち上げ形成した面側）に反らせるにくい場合があり、十分なシール性を確保し難い場合がある。よって、クラッド材５の全厚さは、０．１〜０．５ｍｍとすることが好ましい。

ビードの形状については、貫通孔を囲繞する位置に基体の厚さ方向の一方に立ち上げ形成されたものであれば、特に制約がない。すなわち、平板状の基体を部分的に盛り上がらせて形成したフルビード、台形ビードなどのビードであってもよいし、貫通孔の内周端から立ち上げ形成されたハーフビードであってもよい。ただし、本発明による効果が顕著となるのは、ハーフビードを備えるガスケットの場合である。

＜クラッド材の製造方法＞
本実施の態様におけるクラッド材の製造方法としては、例えば、拡散接合、熱間圧延接合、温間圧延接合、冷間圧延接合などの公知の方法を採用することが可能である。

拡散接合によってクラッド材を製造する場合には、例えば、一般的な方法（溶製後、熱間および冷間圧延と焼鈍との繰り返し）で製造した所定厚さのオーステナイト、フェライト系ステンレス鋼薄板を素材とし、所定の条件で保持し、クラッドを製造することができる。温度は８００〜１２００℃がよい。保持時間は１〜１０ｈがよい。圧力は、１〜１０ＭＰａでよい。また、雰囲気は、Ａｒガスなどの非酸化性が巣雰囲気または真空がよい。

熱間圧延接合によってクラッド材を製造する場合には、例えば、溶解後、熱間圧延した所定厚さのオーステナイト鋼厚板およびフェライト系ステンレス鋼厚板を素材とし、再結晶温度以上の高温で熱間圧延を実施し、接合して、クラッドを製造することができる。温度は８００〜１２００℃がよい。圧延率は、５０％以上がよい。必要に応じて、次いで、高温の拡散熱処理を実施してもよい。その後、熱間圧延および冷間圧延と焼鈍とを繰り返し（一般に最終加工は冷間圧延）、目的とする板厚、構成比のクラッドを製造してもよい。

温間または冷間での圧延による接合によってクラッド材を製造する場合には、例えば、一般的な方法（溶製後、熱間および冷間圧延と焼鈍との繰り返し）で製造した所定厚さのオーステナイト、フェライト系ステンレス鋼薄板を素材とし、再結晶温度未満の温間または冷間での圧延を実施し、接合して、クラッドを製造することができる。この場合、次いで、高温の拡散熱処理を実施するのが一般的である。その後、熱間圧延および冷間圧延と焼鈍とを繰り返し（一般に最終加工は冷間圧延）、クラッドを製造してもよい。

＜ガスケットの製造方法＞

その他、所定の厚さに調整したオーステナイト系ステンレス鋼板およびフェライト系ステンレス鋼板のそれぞれにビート加工を施した後、これらの鋼板を重ね合わせて、周りを溶接することで、所定形状のビードを有するガスケットを製造することができる。また、クラッド材にスポット溶接（抵抗溶接）を行って、部分的に反らせ、所定形状のビードを有するガスケットを製造することができる。特に、ビートの頂点となる部分のみをスポット溶接する方法でも、クラッド板を反らせることができる。

本実施の形態のガスケットは、上記のクラッド材を使用して、プレス成形などの手法で製造することができる。具体的には、ブランキング（打抜き）、プレス成形、複数枚の組み上げによって所定形状のビードを有するガスケットを製造することができる。また、所定の厚さに調整したオーステナイト系ステンレス鋼板およびフェライト系ステンレス鋼板のそれぞれにビート加工を施した後、これらの鋼板を重ね合わせて、周りを溶接することで、所定形状のビードを有するガスケットを製造することができる。また、クラッド材にスポット溶接（抵抗溶接）を行って、部分的に反らせ、所定形状のビードを有するガスケットを製造することができる。特に、ビートの頂点となる部分のみをスポット溶接する方法でも、クラッド板を反らせることができる。

このとき、高温でフランジ等と面圧を高めるようにオーステナイト系ステンレス鋼の層とフェライト系ステンレス鋼の層を配置する。即ち、ガスケットのビードがフェライト系ステンレス鋼側に反ることで、フランジ等との面圧を高めることができる。１枚のガスケットをもとにして、本発明ガスケットを説明したが、２枚積層、３枚積層ガスケットなどの場合も、フランジ等との面圧を高めるように、オーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼の位置を決めることで、同様の効果が発現する。

表１の化学組成を有するオーステナイト系ステンレス鋼板、フェライト系ステンレス鋼板を、一般的な熱間圧延、冷間圧延と焼鈍の繰り返しにより所定の板厚として製造した。

脱脂、洗浄した後、それらの内、異なる２枚を重ね、圧力１．４ＭＰａを付与したまま、１０５０℃×３ｈ保持、非酸化性雰囲気中で拡散接合し、形状矯正することでクラッド材を製造した。同材から、各種試験片を採取し、加熱および冷却を所定回数行った後、下記の反り試験およびシール性試験を行った。その結果を表２に示す。

＜反り試験＞
上記のクラッド材を幅５ｍｍ×長さ２０ｍｍの短冊に切断した後、プレス成形によって図７に示す断面形状とする反り試験片を得た。反り試験片は、具体的には、先端〜２ｍｍの間に第１平行部、先端から２ｍｍ〜４ｍｍの間にテーパ部、先端から４ｍｍ〜他端の間に第２平行部を有し、第１平行部と第２平行部との段差を１ｍｍとした。この段差は、ガスケットのビード高さを想定したものである。

反り試験片を、７００℃に加熱して５分保持した後、室温まで冷却する熱履歴を１０回繰り返した後の段差（高さ）と、１００回繰り返した後の段差（高さ）を測定した。

＜シール性試験＞
上記のクラッド材を、幅１００ｍｍ×長さ１００ｍｍに切断した後、中央に直径７０ｍｍの貫通孔を設け、プレス成形によって図８に示す断面形状のビードを形成し、シール性試験材を得た。シール性試験材は、図８（ｂ）に示すように、具体的には、内周端から外方に２ｍｍまでの間に第１リング状平行部、内周端から外方に２ｍｍ〜４ｍｍの間に円錐面部、内周端から外方に４ｍｍ〜外周端の間に第２リング状平行部を有し、第１リング状平行部と第２リング状平行部との段差（ビード高さ）を１ｍｍとした。

シール性試験材を、７００℃に加熱して５分保持した後、室温まで冷却する熱履歴を１００回繰り返した後に、所定圧力のガスのシール性を評価し、○（良好）、×（劣る）で評価した。

表２に示すように、本発明例１〜２７は、加熱および冷却を１０回および１００回繰り返した後のビードの反りが、初期の状態より大きくなっており、加熱および冷却を１００回繰り返した後のシール性が良好であった。

他方、比較例２８〜３７は、加熱および冷却を１００回繰り返した後のシール性が劣っていた。なお、比較例２８はフェライト系ステンレス鋼同士、比較例２９はオーステナイト系ステンレス鋼同士のクラッドであり、加熱、冷却にてビードがつぶれ、ガス漏れが発生した。比較例３０〜３７は、少なくとも１００回の繰り返し加熱、冷却後のビード高さが減少し、主に冷却過程において室温近傍でシール性に劣る結果となった。

本発明によれば、フランジの熱変形が生じた場合でもガスケットの面圧を低下させず、エンジン始動段階から常に優れたシール性を得ることができる。

１ ガスケット
１ａ、１ｂ ガスケット
２ａ、２ｂ フランジ
５ 耐熱ガスケット用クラッド
５ａ オーステナイト系ステンレス鋼層
５ａ フェライト系ステンレス鋼層
６ 基体
７ 貫通孔
８ ビード
８ａ ビードを立ち上げ形成した面
１０ エキゾーストマニホールド
２０ａ、２０ｂ 排気管
２１ａ、２１ｂ フランジ
３０ａ、３０ｂ 接続部
４０ａ、４０ｂ ボルト

Claims (5)

1. 耐熱ガスケットに用いられるクラッドであって、
   オーステナイト系ステンレス鋼層およびフェライト系ステンレス鋼層を備え、
   加熱および冷却を含む熱履歴が付与された際に、冷却後に前記フェライト系ステンレス鋼層側に凹反りが発生する、耐熱ガスケット用クラッド。
2. 前記オーステナイト系ステンレス鋼層および前記フェライト系ステンレス鋼層が、
   下記（１）式の関係を満たす、請求項１に記載の耐熱ガスケット用クラッド。
   Ｔ_α・σ_αt≧Ｔ_γ・σ_γt … （１）
   ただし、上記（１）式中の各記号の意味は下記の通りである。
   Ｔ_α：フェライト系ステンレス鋼層の板厚
   σ_αt：耐熱ガスケットの使用温度でのフェライト系ステンレス鋼層の０．２％耐力
   Ｔ_γ：オーステナイト系ステンレス鋼層の板厚
   σ_γt：耐熱ガスケットの使用温度でのオーステナイト系ステンレス鋼層の０．２％耐力
3. 前記加熱が、６００℃以上への加熱であり、
   前記冷却が、室温への冷却である、請求項１または２に記載の耐熱ガスケット用クラッド。
4. 加熱および冷却を繰り返す熱履歴が付与された際に、前記フェライト系ステンレス鋼層側に凹反りが発生する、請求項１から３までのいずれかに記載の耐熱ガスケット用クラッド。
5. 加熱および冷却を繰り返す熱履歴が付与された際に、１０回目の冷却後に反りが０．１ｍｍ以上増加する、請求項１から４までのいずれかに記載の耐熱ガスケット用クラッド。