JP6665934B2 - 耐熱ガスケットの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、耐熱ガスケットの製造方法に関する。

クラッド材は、複層の異種金属を拡散接合した材料であり、単体の金属材では得られない機能を持たせることができる。このため、熱膨張係数が異なる異種材料を接合したクラッド材、高耐食性材料、高電気伝導性材料などと高強度材とを接合したクラッドなど、様々な分野で応用されている。クラッド材は、例えば、圧力容器、貯槽容器、海水淡水化設備など、主として強度と耐食性が求められる用途で用いられてきたが、耐熱ガスケットへの適用が検討されている。

耐熱ガスケットとは、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おけるガス漏れを防止するのに用いられる、耐熱性を有するガスケットのことである。

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。）が形成されており、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、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、ビード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。

燃焼効率向上を目的する燃焼ガスの高温化に対して、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。

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）初期の状態に示すように、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）に耐え切れなくなり、漏れを生じる。そして、ガスケット１ａとエギゾーストマニーホールド１０との間に隙間が生じ、シール性を確保できなくなる。

そこで、本発明者らは、ガスケット１の材料として、熱膨張係数が異なる金属板で構成されるクラッド材を用いることを検討した。その結果、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るクラッドを用いると、高いシール性を確保することが可能となる。例えば、ビードを立ち上げ形成した面側（上側）に熱膨張率が小さいフェライト系ステンレス鋼板を、下側に熱膨張率が大きいオーステナイト系ステンレス鋼板を配置したクラッド材を用いると、高温の排気ガスでの加熱によりビードが上方に反る。その結果、図３（ｃ）に示すようにガスケット１ａは、エキゾーストマニホールド１０および排気管フランジ２１ａの間の面圧が高くなり、シール性を確保できるのである。このことは、燃焼効率向上を目的とする燃焼のガス高温化に際しても有効であり、同様の効果が期待される。

ここで、図４に示すように、クラッド材を用いた製品は、一般に、下記のステップにより製造される。まず、各種金属コイル（第一金属コイルおよび第二コイル）それぞれを洗浄するステップ（ｓ１）、第一金属コイルおよび第二金属コイルを加熱するステップ（ｓ２）、積層するステップ（ｓ３）、圧延（ｓ４）するステップ、および、熱処理（ｓ５）するステップによって、各金属コイル同士を拡散接合し、これを巻き取り（ｓ６）、クラッドコイルを得る。工業的には、素材にコイルを用いて、クラッドを製造することが合理的である。更に、圧延（ｓ４）および熱処理（ｓ５）のステップは、室温を超える高温かつ再結晶温度未満の温間、または、再結晶温度以上の熱間で行い、金属コイル同士が効率的に接合される。次いで、得られたクラッドコイルを加工工場に配送し、巻き戻し、所定サイズに切断するステップ（ｓ７）、所定形状の成形するステップ（ｓ８）によって、クラッド成形体が得られる。

しかし、熱膨張係数が大きく異なり、強度も高い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るクラッドの場合、仮に、クラッドコイルを製造することはできても、加熱、冷却後の収縮度合の差によりクラッドコイルの巻き戻しができない問題を生じる場合がある。また、平坦性を維持することが困難となり、製品形状に加工した際の寸法精度に悪影響を与える場合がある。

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、熱膨張係数が大きく異なる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るクラッド成形体を容易に製造する方法を提供することを目的としている。

本発明の要旨は以下のとおりである。

〔Ａ〕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るクラッド成形体の製造方法であって、
（１）オーステナイト系ステンレス鋼帯から、オーステナイト系ステンレス鋼板を切り出すステップと、
（２）フェライト系ステンレス鋼帯から、フェライト系ステンレス鋼板を切り出すステップと、
（３）前記オーステナイト系ステンレス鋼板と前記フェライト系ステンレス鋼板とを積層した積層体に、圧力を付与しつつ拡散接合するステップと、
（４）前記拡散接合した積層体に、プレス成形を実施し、所定形状を有するクラッド成形体を得るステップとを備える、クラッド成形体の製造方法。

〔Ｂ〕前記（３）のステップにおいて、
前記積層体を、拡散接合を防止する材料を介して複数重ね合わせた状態で、圧力を付与しつつ拡散接合する、上記〔Ａ〕のクラッド成形体の製造方法。

〔Ｃ〕前記（１）および（２）のステップにおいて、
一つのクラッド成形体に対応する大きさの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を切り出す、上記〔Ａ〕、〔Ｂ〕のクラッド成形体の製造方法。

〔Ｄ〕前記（３）のステップにおいて、面圧１０ＭＰａ以下、６００℃以上、１０時間以下のプレスを実施する、上記〔Ａ〕〜〔Ｃ〕のいずれかのクラッド成形体の製造方法。

〔Ｅ〕前記（４）のステップにおいて、プレス成形が、打抜き加工および曲げ加工を含む、上記〔Ａ〕〜〔Ｄ〕のいずれかのクラッド成形体の製造方法。

〔Ｆ〕前記（３）および（４）のステップを同時に行う、上記〔Ａ〕〜〔Ｅ〕のいずれかのクラッド成形体の製造方法。

〔Ｇ〕上記〔Ａ〕〜〔Ｆ〕のいずれかの方法を用いる、
耐熱ガスケットの製造方法。

本発明によれば、寸法精度に優れたクラッド成形体を容易に製造する方法を提供することができる。本発明は、特に、耐熱ガスケットの製造方法として特に有用である。

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、初期の内圧が付与されていない態様を示し、（ｂ）は高温に長時間曝された後に、内圧が付与された場合に、シール性を確保できない通常のガスケットの態様を示し、（ｃ）は、高温に長時間曝された後に、内圧が付与された場合でも、シール性を確保している本発明の態様を示す。 従来のクラッド成形体の製造方法を示す図。 従来のクラッド材の製造方法を示す図。 本発明に係る積層金属板接合体を用いたガスケットの例を示す断面図。 二枚以上の積層金属板接合体で構成されるガスケットの例を示す図。（ａ）および（ｂ）は二枚の積層金属板接合体で構成されるガスケットを示し、（ｃ）は三枚の積層金属板接合体で構成されるガスケットを示す。 ]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。

１．クラッド成形体の製造方法
図５に示すように、本発明のクラッド成形体の製造方法は、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るクラッド成形体を製造するに際して、まず、オーステナイト系ステンレス鋼コイルから鋼板が切り出され（Ｓ１ａ）と、フェライト系ステンレス鋼コイルから鋼板が切り出される（Ｓ１ｂ）。得られたオーステナイト系ステンレス鋼板とフェライト系ステンレス鋼板は、コイルの場合と同様に洗浄（Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ）、積層され（Ｓ３）、この積層体が、圧力を付与しつつ拡散接合される（Ｓ４）。そして、拡散接合した積層体は、プレス成形され（Ｓ５）、所定形状を有するクラッド成形体が得られる。

クラッド成形体の生産効率の観点からは、一枚の積層体から製造できるクラッド成形体の数が多いほど好ましく、切断Ｓ１ａ、Ｓ１ｂによって切り出され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大きさは、大きいほど良いといえる。しかし、拡散接合した積層体は、その冷却過程において各層の熱収縮差によって平滑性が損なわれることがあり、それがプレス成形体の寸法精度に悪影響を及ぼすことがある。このため、切断Ｓ１ａ、Ｓ１ｂによって切り出され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大きさは、できる限り小さくし、拡散接合した積層体における各層の熱収縮差の影響を小さくすることが好ましい。特に、切断Ｓ１ａ、Ｓ１ｂにおいては、一つのクラッド成形体に対応する大きさの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を切り出すことが好ましい。例えば、クラッド成形体が１００ｍｍ角の耐熱ガスケットの場合には、１００ｍｍ〜１２０ｍｍ角の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を切り出すのがよい。

拡散接合Ｓ４において、各積層体は、接合を目的とする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を直接重ねるが、各積層体の間に拡散接合を防止する材料を介して複数重ね合わせた状態で、圧力を付与しつつ拡散接合することが、生産効率の面で好ましい。

拡散接合Ｓ４は、面圧３ＭＰａ以下、６００℃以上、１０時間以下のプレスを実施する。面圧を付与するのは、接合を効率的に行うとともに、冷却後の反り発生を防止するためである。ただし、高温では板形状の悪化が激しくなり、高圧と組み合わせた場合に強度の低いフェライト系ステンレス鋼板の板厚減少を生じるおそれがある。逆に、温度が６００℃未満では、主に鉄を主成分とする両鋼において、拡散接合が不十分になるおそれがある。拡散接合の時間は、あまり長くても効果が飽和するので、８時間以下とするのが好ましい。好ましくは、面圧が１ＭＰａ以下、温度が１２００℃以下、保持が１時間以上である。最も好ましくは、面圧は０．１〜１ＭＰａ、温度は７００〜１１００℃、時間は、１〜６時間である。また、拡散接合Ｓ４は、接合を阻害する酸化を防止するためＡｒガスなどの非酸化性ガスまたは真空の雰囲気で行うのがよい。

プレス成形Ｓ５は、所定形状を有するクラッド成形体を得る工程であり、打抜き加工および曲げ加工を含むことが好ましい。例えば、耐熱クラッドを製造する場合には、打ち抜き加工により排ガス導通孔、ボルト孔などを設けるとともに、曲げ加工によりビード等の凹凸を設ける。打ち抜き加工および曲げ加工は、同時に行ってもよいし、別の時間でおこなってもよい。

本発明においては、熱間プレスＳ４を鋼帯の状態ではなく、鋼帯から切り出された、オーステナイト系ステンレス鋼板とフェライト系ステンレス鋼板とを積層した積層体に対して行うため、熱間プレス後に各層の収縮度合の差によって生じる変形を低減できる。しかし、各層の熱膨張係数の差が特に大きい積層体からクラッド材を製造する場合には、続いて行われるプレス成形までの間に変形するおそれがある。このような変形を防止するためには、熱間プレスＳ４およびプレス成形Ｓ５は、同時に行うのがよい。

なお、本発明は、特に、耐熱ガスケットを製造するのに有効である。以下、本発明のクラッド成形体を、耐熱ガスケットを例にとって説明する。

耐熱ガスケットは、上記の二層構造のクラッド成形体を単体で用いることもできるし、このクラッド積層体を重ね合わせて、２枚積層、３枚積層等の複数枚積層として使用することも可能である。この場合、それぞれのクラッド材同士は、ビス等、または、スポット溶接により固定すればよい。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。

図６に示すように、本実施形態のガスケット１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を備える積層金属板接合体で構成されている。そして、このガスケット１には、排ガス導通孔６ａを備える第一平面部６と、ボルト挿通孔７ａを備える第二平面部７と、第一平面部６と第二平面部７との間に設けられたビード８とを備える。ビード８は、排ガス導通孔６ａを囲繞する位置に積層金属板接合体の厚さ方向の一方に立ち上げ形成されている。排ガス導通孔６ａは、流体を導通させるためのものである。オーステナイト系ステンレス鋼層５ａとフェライト系ステンレス鋼層５ｂとは拡散接合されている。なお、排ガス導通孔６ａは、後述の図７に示すように、円形のもののほか、楕円形のものでもよく、その形状には限定がない。

クラッド材５は、全厚さに対するオーステナイト系ステンレス鋼層５ａの厚さが２０〜８０％であり、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。

クラッド材５は、オーステナイト系ステンレス鋼５ａとフェライト系ステンレス鋼５ｂの高温での熱膨張率の差を活用したものである。即ち、高温時に、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。その結果、図３（ｃ）に示すように、高温で長時間使用され、ビード１ａにヘタリが生じた場合であっても、ビード８の立ち上げ方向に反らせ、フランジとビート間の面圧を復元することができる。その結果、ガスケット１ａとエキゾーストマニホールド１０およびフランジ２１ａとの間の面圧を維持することができ、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る、よって、必要なシール性を達成できる。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。以下、ガスケットと対向するエキゾーストマニホールド１０またはフランジとを併せて「フランジ等」と呼ぶこととする。

したがって、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。

全厚さに対するオーステナイト系ステンレス鋼層５ａの厚さの割合が大きすぎると、フェライト系ステンレス鋼層５ｂに対する強度が高すぎて熱膨張差による反りを発生させることが困難となる。一方、厚さの割合が小さすぎると、逆に、フェライト系ステンレス鋼層５ｂの強度が高くなりすぎて、この場合も、熱膨張差による反りを発生させることが困難となる。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２０〜８０％とする。好ましい下限は３０％であり、より好ましいのは４５％である。一方、好ましい上限は７０％であり、より好ましいのは５５％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。四層のクラッドでもよい。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、２０％以上８０％以下とする必要がある。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、２０％以上８０％以下とする必要がある。

以上、主として、一枚のクラッド材で構成されるガスケットについて説明したが、二枚以上のクラッド材で構成されるガスケットであってもよい。図７には、二枚以上のクラッド材で構成されるガスケットの例を示す。

ガスケットの総厚さ（一枚のクラッド材５で構成されるガスケットの場合、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、材料の組み合わせにもよるが、ガスケットの総厚さが、０．１ｍｍ未満となると反らせる力が小さくなり、排ガスのシール性が劣る。このため、ガスケットの総厚さは０．１ｍｍ以上とする。一方、ガスケットの総厚さが大きくなると、材料コストが高くなる。このため、ガスケットの総厚さは１．５０ｍｍ以下とするのが好ましい。より好ましい上限は、１．０ｍｍであり、より好ましい上限は０．７ｍｍであり、更に好ましい上限は０．５ｍｍである。ガスケットを構成するクラッド材の全厚さは、１．０ｍｍ以下が好ましく、０．７ｍｍ以下、更には０．５ｍｍ以下が好ましい。クラッド材の全厚さは薄くても良いが、好ましい下限は０．１ｍｍである。

図７（ａ）に示す実施形態におけるガスケット１００は、それぞれクラッド材で構成さる二枚のガスケット材１００ａ、１００ｂを用いたものである。ガスケット材１００ａ、１００ｂは、それぞれ、第一平面部１１０ａ、１１０ｂ（図７〜１０に示すように、実際には排ガス導通孔を備える。）、第二平面部１３０ａ、１３０ｂ（図７〜１０に示すように、実際にはボルト挿通孔を備える。）、第一平面部１１０ａ、１１０ｂと第二平面部１３０ａ、１３０ｂとの間に設けられたビード１２０ａ、１２０ｂを備える。ガスケット１００では、ガスケット材１００ａの基底部１３０ａとガスケット材１００ｂのビード１１０ｂとが接合されている。このような構成により、ガスケット１００に高温が付与された場合には、ガスケット材１００ａ、１００ｂが、それぞれのフェライト系ステンレス鋼側（図面上側）に反ることにより、一枚のクラッド材で構成されるガスケットに比較してフランジとの面圧が上昇させやすくなる。

図７（ｂ）に示す実施形態におけるガスケット２００は、それぞれクラッド材で構成される二枚のガスケット材２００ａ、２００ｂを用いたものである。ガスケット材２００ａ、２００ｂは、それぞれ、第一平面部２１０ａ、２１０ｂ（図７〜１０に示すように、実際には排ガス導通孔を備える。）、第二平面部２３０ａ、２３０ｂ（図７〜１０に示すように、実際にはボルト挿通孔を備える。）、第一平面部２１０ａ、２１０ｂと第二平面部２３０ａ、２３０ｂとの間に設けられたビード２２０ａ、２２０ｂを備える。そして、各々の第二平面部２３０ａ、２３０ｂ同士が接合されている。このような構成により、ガスケット２００に高温が付与された場合には、それぞれの熱膨張率が小さい第二金属層側、すなわち、ガスケット材２００ａが図面上側、２００ｂが図面下側に反ることにより、一枚の積層金属板接合体で構成されるガスケットに比較して約二倍の反りの増加が期待され、フランジ等との面圧が上昇する。

図７（ｃ）に示す実施形態におけるガスケット３００は、それぞれクラッド材で構成される三枚のガスケット材３００ａ、３００ｂ、３００ｃを用いたものである。ガスケット材３００ａ、３００ｂ、３００ｃは、それぞれ、第一平面部３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ（図７〜１０に示すように、実際には排ガス導通孔を備える。）、第二平面部３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃ（図７〜１０に示すように、実際にはボルト挿通孔を備える。）、第一平面部３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃと第二平面部３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃとの間に設けられたビード３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃを備える。そして、ガスケット３００では、ガスケット材３００ａと３００ｂの第一平面部３１０ａ、３１０ｂ同士が接合され、ガスケット材３００ｂと３００ｃの第二平面部３３０ｂ、３３０ｃ同士が接合されている。このような構成により、ガスケット３００に高温が付与された場合には、一枚の積層金属板接合体で構成されるガスケットに比較して約三倍の反りの増加が期待され、フランジ等との面圧が上昇する。

なお、ガスケットの総厚さとは、一枚のクラッド材で構成されるガスケットの場合には、クラッド材の全厚さと同義である。例えば、二層クラッドの場合には、フェライト系ステンレス鋼層の厚さと、オーステナイト系ステンレス鋼の厚さの合計がクラッド材の全厚さであり、三層以上のクラッド材の場合には、構成される全ての層の厚さの合計がクラッド材の全厚さである。また、例えば、二枚以上のクラッド材で構成されるガスケットの場合には、全てのクラッド材の合計厚さを意味する。二枚以上のクラッド材で構成されるガスケットの場合には、それぞれのクラッド材の全厚さを合計した厚さをガスケットの総厚さとする。

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。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

表１に示す化学組成を有する所定の板厚に減厚したオーステナイト系ステンレス鋼板（１２０ｍｍ×１２０ｍｍ）と、フェライト系ステンレス鋼板（１２０ｍｍ×１２０ｍｍ）を切り出し、それぞれを酸洗した。その後、これらの鋼板を積層し、各種条件で拡散接合し、クランクプレスを用いて１００ｍｍ×１００ｍｍに打抜き、油圧式プレス機を用いて図８のようなハーフビードのガスケットを模擬した試験片の形状にプレス成形し、クラッド成形体を得た。拡散接合の条件は表２に併せて示す。

図８の断面図のように初期ビード高さ（底面側の板厚中心から上面側の板厚中心）は１．０ｍｍとし、高温（７００℃）での反りを測定した。また、実機条件を模擬した耐久試験を実施し、シール性を、◎（最適）、○（達成）、△（未達。ただし、従来技術よりは良い。）で評価した。なお、△（未達）は目標を達成できなかったものの、従来のオーステナイト系ステンレス鋼板での結果に比べて優れる。結果を表２に示す。表２の上板とは、図８（ｂ）に示すガスケットとした場合における、紙面の上側の一方の板である。

表２に示すように、面圧３ＭＰａ以下、６００℃以上、１０時間以下にて接合したＮｏ．１〜４０は、図８の試験片形状にプレス成形が可能であり、７００℃加熱によりガスシール性を向上する反りを発生し、従来材に比べて優れるシール性を有することが確認される。面圧の付与は、接合を効率的に行うとともに、冷却後の反り発生を防止するために実施する。面圧を付与していないＮｏ.４１〜４４は、高温加熱、長時間処理を実施した場合でも未接合となる場合がある。

ただし、Ｎｏ．１９、２０および３３、３４のように、高温の１２００℃では板形状の悪化が顕在化し、面圧３ＭＰａの高圧と組み合わせた場合には強度の低いフェライト系ステンレス鋼板の板厚減少を生じる場合がある。逆に、Ｎｏ．４５、４６のように、加熱温度が５００℃では、必要な面圧を付与した場合でも、接合が困難であった。これは、本発明が主に鉄を主成分とするステンレス鋼を対象とすることに起因すると考える。また、Ｎｏ．４７、４８のように、低温の６００℃においても、面圧、保持時間が少ない場合、接合が可能であるものの、図８の試験片形状へのプレス成形時に剥離を起こす場合がある。

更に、上記の面圧、加熱温度、保持時間の増加は、基本的に接合を進行し、ビードの反りを増加、シール性を向上させると考えられる。ただし、Ｎｏ．１４〜１６、２８〜３０のように、保持時間の延長は飽和傾向を示し、少なくとも１０時間では飽和すると考えられる。なお、Ｎｏ．３０が０時間保持にて接合したのは、１０００℃の高温への加熱に時間を要したためと考えられる。本実施例の場合、加熱は１０℃／分、炉中での自然冷却（放冷）にて実施した。

これらより、本発明は、面圧が（０ＭＰａを含まず）３ＭＰａ以下で付与、加熱温度が６００℃以上、保持時間が（０を含み）１０時間以下にて達成される。好ましくは、面圧が１ＭＰａ以下、温度が１２００℃以下、保持が１時間以上である。最も好ましくは、面圧は０．１〜１ＭＰａ、温度は７００〜１１００℃、時間は、１〜６時間である。

更に、Ｎｏ.２４は、接合を目的とする表２に記載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を直接重ね、各積層体の間に拡散接合を防止する材料を介して１０数を重ね合わせた状態で拡散接合した後、任意の積層体を成形、評価した。なお、拡散接合の防止にはＢＮ（ホウ素と窒素）化合物を主成分とする粉末をスプレーにて塗布した。Ｎｏ．２４は、同様の条件にて１組のみを作成したＮｏ．２３と同等の性能を示すことも確認される。

本発明によれば、寸法精度に優れたクラッド成形体を容易に製造する方法を提供することができる。本発明は、特に、耐熱ガスケットの製造方法として特に有用である。

１ａ、１ｂ ガスケット
２ａ、２ｂ フランジ
５ ガスケット
５ａ オーステナイト系ステンレス鋼板層
５ｂ フェライト系ステンレス鋼層
６ 第一平面部
６ａ 排ガス導通孔
７ 第二平面部
７ａ ボルト挿通孔
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
１００、２００、３００ ガスケット
１００ａ、１００ｂ ガスケット材
１１０ａ、１１０ｂ ビード
１２０ａ、１２０ｂ 傾斜部
１３０ａ、１３０ｂ 基底部
２００ａ、２００ｂ ガスケット材
２１０ａ、２１０ｂ ビード
２２０ａ、２２０ｂ 傾斜部
２３０ａ、２３０ｂ 基底部
３００ａ、３００ｂ、３００ｃ ガスケット材
３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ ビード
３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ 傾斜部
３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃ 基底部

Claims (7)

1. 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る耐熱ガスケットの製造方法であって、
   （１）オーステナイト系ステンレス鋼帯から、オーステナイト系ステンレス鋼板を切り出すステップと、
   （２）フェライト系ステンレス鋼帯から、フェライト系ステンレス鋼板を切り出すステップと、
   （３）前記オーステナイト系ステンレス鋼板と前記フェライト系ステンレス鋼板とを積層した積層体に、熱間プレスを実施し、圧力を付与しつつ拡散接合するステップと、
   （４）前記拡散接合した積層体に、プレス成形を実施し、所定形状を有する耐熱ガスケットを得るステップとを備える、耐熱ガスケットの製造方法。
2. 前記（３）のステップにおいて、
   前記積層体を、拡散接合を防止する材料を介して複数重ね合わせた状態で、圧力を付与しつつ拡散接合する、請求項１に記載の耐熱ガスケットの製造方法。
3. 前記（１）および（２）のステップにおいて、
   一つの耐熱ガスケットに対応する大きさの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を切り出す、請求項１または２に記載の耐熱ガスケットの製造方法。
4. 前記（３）のステップにおいて、
   面圧１０ＭＰａ以下、６００℃以上、１０時間以下のプレスを実施する、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の製造方法。
5. 前記（４）のステップにおいて、
   プレス成形が、打抜き加工および曲げ加工を含む、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の製造方法。
6. 前記（３）および（４）のステップを同時に行う、請求項１から５までのいずれかに記載の耐熱ガスケットの製造方法。
7. 前記オーステナイト系ステンレス鋼層の厚さの全厚さに対する割合が２０〜５５％である、請求項１から６までのいずれかに記載の耐熱ガスケットの製造方法。

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