JPH03166337A - 自動車排ガス触媒担体用ステンレス鋼箔 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は一般的に圧延などによる薄肉化加工が困難とさ
れるステンレス鋼のうち、特に自動車などの燃焼系の排
ガス触媒担体に用いられる耐酸化性に優れた含ＡＩ．ス
テンレス鋼箔に関する．〔従来の技術〕 燃焼系での排ガス浄化に用いられる触媒担体としてこれ
までセラ稟ツクスが用いられていたが、最近、触媒担体
用材料としてセラξツクスに代わり金属を用いることが
提案されている．例えば、自動車の排ガス浄化装置とし
てモノリス型触媒担体がある。この担体の構造はコージ
ライトを主或分とするセラもツクスをハニカム状に焼威
したものを担体として、これを金属筒内に収めたものを
基体とし、前記担体にＰｔやＰｄなどの貴金属触媒を含
浸させた多孔ｘｒ　　ｎ　ｘ　ｚｏｓ粉を付着させたも
のが主である。しかしながら、このセラξツクハニカム
は機械的な衝撃力に弱いことや、壁厚が大きいため通気
抵抗が大きいなどの欠点があった。これに対して、最近
このセラミックハニカムに代わり金属ハニカムが考案さ
れている。

この金属担体用材料に要求される特性として、特に耐酸
化性に優れていることがあげられるが、この点から例え
ば特公昭６３−２４７４０号公報には含／ｌステンレス
鋼箔が担体のハニカム用として提案されている．この含
Ａｉ．ステンレス鋼箔を用いることにより、壁厚を小さ
くできることから通気抵抗が小さくなり、かつ、機械的
強度の向上も可能となった。

この金属担体の製造方法としては、数十一の厚さの含Ａ
ｆｆｉステンレス鋼箔を波板状に或形したものと、もと
もとの平板を重ね合わせ、これを積層したもの、または
ロール状に巻いたものを前記のセラミックハニカムの代
わりに金属筒内に収めて担体とする方法である。

また、この金属担体用の含Ａｎステンレス鋼箔自体の製
造方法として、これまでいくつかの方法が試みられてい
る。例えば、含Ａｆステンレス鋼を鋳型に注いで洞塊と
し、熱間、冷間圧延を焼鈍、脱スケールと組み合わせて
行うことにより数十一の厚さの箔とする方法や、特開昭
５６−９６７２６号公報によれば、高Ａｌフエライト系
ステンレス鋼の丸鋼の表面からピーリング加工によって
箔状に′ｊ．ｌＩぎ取る方法が提案されている。

しかしながら、これまでの金属担体用含ＡＩステンレス
鋼箔の製造技術には種々の難点があった。

すなわち、圧延法で担体用の箔を製造する方法において
、もともと冷間加工性の悪い含Ａｆｆｉステンレス鋼を
数十一（望ましくは３０〜７０ｔｎｎ）の厚さまで圧延
するには、圧延途中に焼鈍、脱スケール工程を数度入れ
なければならず、コスト高の原囚となっていたうえに、
合金或分には圧延性を考慮していくつかの制限を加える
必要があったので、耐酸化性の上から充分な性能のもの
が得難かった。

つまり、この製造方法では板厚変動の良好な箔の製造は
可能であったが、Ａｆの含有量が高くなると圧延性はさ
らに悪化し、耐酸化性の向上に有効であるＡｊ２の含有
量に制限があった。本発明者らの知る限り、工業的には
／ｌ含有量が重量％（以下一ｔ％と称す）で５．５％程
度以上となると、通常の鋼塊から圧延のみによるこの方
法では３０〜１０ｎ程度の厚さの箔を得ることはほぼ不
可能であった。

また、ビーリング加工による方法では、均一な厚さの幅
広い箔を安定して得るのは困難であった。

金属担体用の箔の厚さが不均一であると、ハニカム加工
の際波板を製造するのが困難になるばかりでなく、平板
と波板を合わせて巻いた時に波板と平板との間に空隙が
出来、その後の接合において支障を来たす。接合が不良
な担体は実際に自動車排ガス用担体として使用するには
不適当である。

金属担体用含Ａｌステンレス鋼箔の製造におけるこのよ
うに問題を解決するための手段として、急冷凝固法によ
り溶融状態から直接数十両の厚さの含，１１ステンレス
鋼箔を製造する方法が提案された。急冷凝固法による金
属担体用の含／ｌステンレス鋼箔の製造については特開
昭６３−４２３４７号公報、特開昭６３−４２３５６号
公報に開示されている。

このように金属担体用含Ａｆステンレス鋼箔の製造方法
に関しては急冷凝固法を応用することにより、より安価
に数十一の厚さの含／ｌステンレス鋼箔を直接得ること
が可能になり、さらにＡ／２含有量における制限も取り
外すことが可能になった。しかしながら、急冷凝固法に
よって得られる箔には依然問題があった。それは得られ
る箔の板厚精度にあり、均一な厚さの幅広い箔を安定し
て得ることは困難であった。前述のように、不均一な板
厚の箔は触媒担体用としては好ましくない。

金属担体用箔の板厚変動は３０〜７０両の板厚範囲にお
いて、少なくても±２０％以下とすることが望ましい。

これまで述べたように良好な自動車排ガス用金属触媒担
体を実現するための金属材料として５．５ｗｔ％以上Ａ
ｊ２を含有した耐酸化性に優れたステンレス鋼箔で、か
つ、板厚変動が平均板厚の±２０％以下で板厚が３０〜
１０ｔｎｎであるハニカム用含ＡＩ！．ステンレス鋼箔
はこれまでなく、このようなステンレス鋼箔の開発が望
まれていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明はこの要望に鑑み種々検討の結果考え出されたも
ので、排ガス触媒担体用金属箔として、均一な板厚から
なる厚さ数十一の含Ａｌステンレス鋼箔の提供を目的と
するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はＡｆを５．５ｗｔ％以上を含有し、板厚が３０
〜７０Ｊｎａ、かつ、板厚変動が平均板厚の±２０％以
下、さらに好ましくは±１０％以下である自動車排ガス
触媒担体用ステンレスｗ４箔で、以下に述べるような新
しい知見に基づくものである。すなわち、Ａｌを５．５
ｗｔ％以上含有したステンレス鋼でも急冷凝固法により
鋳造したものであればその後鋳造ままで冷間圧延するこ
とが可能で、さらに、板厚が３０〜７０Ｉ！ｍで均一な
板厚の箔を得ることが出来るという知見である。本発明
について以下に具体的に説明する。

〔作　用〕

本発明のステンレス鋼箔の提供を実現させるための方法
である急冷凝固とは、通常の金属・合金の造塊法や連続
鋳造法に比べ、より大きな冷却速度での凝固のことで、
例えば銅などの熱伝導率の高い金属からなるロールを高
速回転させ、その上に溶融金属・合金を噴出することに
より実現できる。より大きな冷却速度を得るために製品
の形状に制限があり、主に薄い帯状の板である。このよ
うな方法によって冷却速度が例えば１０”Ｃ／秒程度ま
で大きくすることが出来、合金の戒分によっては非品質
化し、いわゆる非晶質（アモルファス）合金を得ること
も可能である。このような鋳造方法では冷却速度を正確
に測定するのは難しく、また、急冷凝固法を従来の凝固
法と冷却速度で厳密に区分するのは難しいが、一般的に
急冷凝固とは冷却速度が１０”℃／秒程度以上の場合を
指しているようである。

ここで言う含Ａｆｆｉステンレス鋼の場合、その戒分に
ついては後で述べるが、例えばｌＯ５゜Ｃ／秒程度の冷
却速度で急冷凝固させても非品質化せず、得られる帯状
の箔は結晶構造のものである。たとえ非品質化しなくて
も、急冷凝固法によって得られる材料は従来の冷却速度
で凝固させたものに比べいくつかのメリットがある。つ
まり、溶鋼から直接数十一の板厚の箔が得られることや
、Ａｊ２含有量における制限を取り除くことが出来るこ
となどで、このことについては前述の通りで排ガス触媒
金属担体用箔の製造方法として有益で゛あった。

本発明者らはこの急冷凝固法に注目し、急冷凝固法によ
る含／ｌステンレス鋼箔の製造における欠点であった箔
の板厚精度の向上について検討し、急冷凝固法によって
得られた製品の圧延を試みた。

そして、鋳造のままの板を直接冷間圧延することで板厚
が３０〜７０ハの箔とすることが出来ることを見い出し
た。特にこの冷間圧延性は／ｌの含有量に依存すること
なく、Ａｎ含有量が高くなっても容易に冷間圧延出来る
ということはこれまでの常識からして驚くべきことであ
る． さらに、一般的には冷間圧延によって板厚精度の向上は
あまり認められないが、急冷凝固箔の場合冷間圧延のみ
によって板厚精度の向上が認められ、均一な板厚の箔が
得られることがわかった。

詳しくは実施例にて述べるが、例えば急冷凝固法により
０．　１　ｍｍ程度の板を製造すると板厚変動は一般的
に平均板厚の±２０％程度あるいはそれ以上あるが、こ
の板を冷間圧延により板厚が３０〜７０ハで板厚変動を
±２０％以下、さらには±１０％以下にすることが可能
である。

しかしながら、急冷凝固法によって得られる板にも冷間
圧延にはその板厚に限界がある。この方法により種々の
板厚の板について冷間圧延を試みたところ、板厚が０．
　２　ｎｕｎ以上となると冷間圧延は困難となり、熱間
圧延を組合せたり、熱処理をして冷間圧延が出来るよう
に組織を調質しないと数十一の厚さの箔は得られないこ
とがわかった。熱間圧延あるいは熱処理をするとなると
従来法同様コスト高となるのでメリットはなくなると考
えられるから、急冷凝固によって得る板の板厚は０．　
２隠未満とするのが望ましい。

本発明の箔の板厚を３０〜７０，ｓと限定した理由は、
自動車排ガス触媒用に用いられる金属担体として機械的
な衝撃力に耐え、通気性を高めるのに適したものとする
ために定めた値である。また、箔の板厚精度として板厚
変動が平均板厚の±２０％以下、さらに好ましくは±１
０％以下と限定した理由は、担体作製工程において、例
えば波付け加工時に割れが発生しないこと、ハニカム加
工時に曲がりが発生しないこと、さらには、波板と平板
との間に空隙が発生しないことなどの点からである。こ
のような板厚、板厚精度の箔であれば金属担体用箔とし
て充分なものであり、本箔を用いて作られた金属担体は
自動車排ガス触媒担体として充分な性能を有するもので
ある。本発明のステンレス鋼箔で作製される金属担体の
性能については実施例にて詳細に説明する。

本発明のステンレス鋼箔を実現するために用いられる急
冷凝固法による製造方法は基本的に、溶融合金をノズル
を介して移動冷却基板上に噴出し、熱的接触によって急
冷凝固させる液体急冷法のうち、片面冷却法である単ロ
ール法、ドラム内壁を使う遠心急冷法、エンドレスタイ
プのベルトを使用する方法、さらにはこれらの改良型、
例えば補助ロールやロール表面温度制御装置を付属させ
た装置を使う方法、あるいは減圧化ないし、真空中また
は不活性ガス中での鋳造もそれに含まれる。

また、両面冷却法として、例えば一対のロール間に溶融
合金を注入して急冷凝固させるいわゆる双ロール法や双
ベルト法なども含まれる。急冷凝固法による板の好まし
い製造条件については実施例にて具体的に示すが、板厚
の制御は主に冷却板の移動する速度をコントロールする
ことにより行い、いずれの方法においても板厚が０．　
２　ｍｍ未満となるようにする。また急冷凝固法で得る
板はできるだけ均一な板厚のものが好ましく、板厚変動
を平均板厚の±３０％程度以下とすることが望ましい。

もっとも急冷凝固法による板の製造の際、各種製造パラ
メータを厳密にコントロールすることによって板厚変動
が平均板厚の±２０％以下である３０〜７０μ厚の含／
ｌステンレス鋼箔の製造も不可能ではないが、工業的に
安定して得るのは非常に困難である。

一方、急冷凝固後の冷間圧延に用いられる圧延機は、基
本的には一対のロールからなる圧延機が用いられるが、
このほかにバックアップロールを付属させた２段以上の
多段圧延機や、これらを組み合わせた連続式圧延機さら
にはゼンジミャ多段圧延機や異径ロール圧延機などでも
よい。また、急冷凝固と冷間圧延を連続して行なう、い
わゆるインライン方式であってもよい。

圧延条件としては例えば圧下率は均一な厚さとすること
を目的としていることからそれほど大きくする必要はな
い。圧下率は１回の圧延でおよそ５０％以上でも可能で
あるが、あまり大きな圧下率とすると割れが発生するこ
ともあるので、１回の圧延でおよそ５０％以下、好まし
くは３０％以下である。また圧延回数は生産性も考慮し
、出来るだけ少ない方がよい。圧延速度（ロール回転数
）については特に限定しないが、５ｍ／秒以下が好まし
い。また、得られる箔の直線性の向上のために張力圧延
も効果的である。

次に本発明のステンレス鋼箔の戒分について述べる。／
ｌの含有量について述べると、Ａｌの下限については、
従来、ＡＩ！．の含有量が５．５ｗｔ％未溝になると、
製造方法の問題から板厚が３０〜７０印で板厚精度が良
好な箔は得られなかったことから、本発明におけるＡｆ
ｆｉ含有量の下限値を５．５ｗｔ％とした。また、／ｌ
の含有量に上限を設けたのはＡＮ含有量が２０ｗ　ｔ％
を越えると融点が使用温度近くまで下がるなどの理由か
らである。

次にＣｒの含有量についてであるが、金属担体用箔とし
てＡＩ２の選択酸化を円滑にし、かつ、常温の耐食性を
維持するためにはＣｒを５ｗｔ％以上含有することがよ
い。また、Ｃｒ含有量の範囲に３０ｗｔ％以下と制限を
設けたのは過多のＣｒは金属担体用として脆化の点から
問題で、Ｃｒ含有量は３０ｗｔ％以下がよい。

他に、高温強度を付与する目的でＣを１ｗｔ％以下、ま
た、製造工程上のバランスから２ｗｔ％以下のＭｎ　、
また、耐酸化性やＡｆｚＯｓの密着性を向上させる目的
で、３ｗｔ％以下のＳｉを含むものである。

さらに、耐酸化性やＡ　ｌ　２０３の密着性を一層向上
させる目的で、必要により下記の群のうち各群の範囲内
でいずれか片方または両方の群の元素を含有させること
が出来る。

ａ群．Ｙ，ＲＥＭの一方または両方をそれぞれ０．　３
朽ｔ％以下 ｂ群；Ｔｉ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｈｆの一種以上をそれぞれ２
ｗｔ％以下 ここでＲＥＭとはＣｅ，　Ｌａ．　Ｐ　ｒｌ　Ｎｄ＋　
Ｐ　ｍ＋　Ｓ　ｍ等の希土類元素の総称で、ＲＥＭの含
有量とはこれら元素の含有量の合計である。また、各群
とも耐酸化性やＡ　ｆ　！Ｏｗｌの密着性の一層の向上
を実現させるためには少なくても０．０１ｗｔ％含有さ
せるのが望ましい。

なお、以上の戒分の他は残部としてＦｅおよび不可避的
不純物を含むものである。

本発明によって提供される含Ａｎステンレス鋼箔は自動
車排ガス触媒金属担体用箔として特に要求される特性で
ある耐酸化性の点から、また、その板厚精度の点から極
めて有望な材料であり、また本ステンレス箔から或る担
体は自動車排ガス触媒担体として優れたものと言える。

〔実施例〕

各種威分の含Ａ２ステンレス鋼をそれぞれ真空溶解法に
より作製し、急冷凝固箔製造のための試料とした。各試
料を高周波誘導溶解炉で再溶解し、溶湯を不活性ガス中
で高速回転している冷却用ロール上に噴出し、ロール上
で急冷凝固させて板を製造した（単ロール法）。得られ
た板について戊分などのデータを表ｌ中Ｎα１〜１６に
示す。この場合、試料の噴，出温度はおよそ１６００℃
で溶湯の噴出ガス圧は０．　３　ｋｇ／ｃｉ，　　３０
０＋＋ｕｎφのロールでロール表面速度を１０〜１５ｍ
／秒とした。一方、第１表中Ｎα１７〜１９のサンプル
は双ロー．ル法により製造したものである。この場合ロ
ール径は３００ｒ！ｎでロール表面速度は５〜８ｍ／秒
とした。

急冷凝固法により製造した第１表中Ｎａ　Ｌ〜１９のサ
ンプルについてマイクロメーターを用いて板厚を測定し
、各サンプルの平均板厚および板厚変動を求めた。板厚
測定箇所はサンプルの長手方向に沿って１ｍごとの各位
置で板幅方向にほぼ等間隔に５箇所とした。サ，ンプル
長手方向１ｍごとのこれら５箇所での測定値からそれぞ
れ平均板厚を算出し、さらにサンプル長手方向１ｍごと
の平均板厚から全長についての平均板厚を算出して各サ
ンプルの平均板厚とした。一方、板厚変動については最
終的に得たサンプル全体の平均板厚を中心にサンプル長
手方向１ｍごとの各平均値の中からバラツキの最大値を
用いて整理した。各チャージの平均板厚及び板厚の変動
の値は第１表中の急冷凝固の箔形状の欄に示した。また
、板幅については板厚についてと同様に、サンプル長手
方向に沿って１ｍごとに測定し、これらの値から平均板
幅を算出した。各サンプルの平均板幅の値も第１表中の
急冷凝固後の箔形状の欄に示した。

次に、これらのサンプルについて冷間圧延を試みた。そ
の結果、全てのサンプルについてそれぞれの目標板厚ま
で冷間圧延できた。目標板厚はＮｏ．２．６のサンプル
で３０一、Ｎ（Ｌ３のサンプルで６８角、これら以外の
サンプルについては５０ｍとした。圧延条件はワークロ
ール径６０ｍｍ、ロール圧下力をＭａＸ３Ｑｔｏｎ　、
ロール回転数を１０ｍ／分、圧延回数を２〜５回とした
。また、サンプルの前方および後方から張力をかけて圧
延としたが、このときの張力をそれぞれ３０〜１００ｋ
ｇｆ　，　４０〜１５０ｋｇｆとした。

冷間圧延後のサンプルについて板厚、板厚変動および板
幅を求め、得られた値を冷間圧延後の箔形状の欄に記入
した。なお、板厚、板厚変動および板幅の求め方は急冷
凝固後のサンプルについてと同様の要領とした。板厚変
動の値から冷間圧延により板厚精度がかなり向上するこ
とがわかる。

次に、冷間圧延後の箔のうちｌ６チャージの箔を用いて
担体を作製した。担体は波板状に加工した箔ともともと
の平板を重ね合わせてこれをロール状に巻き、１００ａ
ｎの径のものとし、ろう付けを行って箔同士を固定した
。担体の長さは箔の板幅に相当する長さである。

耐酸化性を評価するために、Ｎα２，３．６以外のチャ
ージの圧延後の箔および担体について、大気中１１５０
゜Ｃで１５０時間保持し、異常酸化の有無を調査した。

結果を第１表中に示した。すべてのチャージの箔と担体
で異常酸化は認められなかった。

また、試作した担体の接合（ろう付け）の状況を評価す
るために担体の片側端面において平板と波板の接する全
箇所に対するろう付けにより接合のうまくいってる箇所
の比率を光学顕微鏡を用いて測定した。得られた比率は
接合率と称して第１表中に整理した。いずれも７０％以
上と高い値を示した。

次に、Ｎα１　，　７　，１０，１２．１８のチャージ
の担体をガソリンエンジンのエキゾーストマニホールド
に固定した。その後、予め塩化白金を含浸させて乾燥、
焼威したγ一Ａ　ｆｆｉ　２０３粉を泥状に８濁させて
、ハニカムに付着させ乾燥した後、エキゾーストマニホ
ールドに接続した。そして３０分運転、３０分停止のサ
イクルを１０回繰り返した後、フロントチューブを外し
て担体の状況を調査した。結果として、すべての担体で
γ−Ａｊ２ＺＯ３粉のハニカムからの剥離がなく、他に
も使用上の問題は認められなかった。

以下余白 〔比較例〕 第１表中Ｎα２０〜２５に急冷凝固法により直接担体用
箔を製造した例を本発明法に対する比較例として示す。

これらの箔は目標板厚を５０，ｎとして単ロール法によ
り製造した。この場合の製造装置は実施例中に示したも
のと同一の単ロール製造機である。ロール表面速度は１
８〜２０ｍ／秒でこれ以外の製造条件は実施例での条件
と同一とした。

板厚、板厚変動および板幅について実施例と同様の要領
で整理し、第１表中に示した。急冷凝固法により直接５
０ｌｎｎの板厚を目標に製造した箔はいずれのチャージ
においても板厚変動が大きい。これらの箔を用いて実施
例に示したと同じ要領で担体を製作し、接合率を調査し
た。また、耐酸化性についても実施例でのものと同じ要
領で評価した。

結果として、耐酸化性には優れていたが、接合率で低い
値を示した。

〔発明の効果〕

以上の如く本発明は自動車排ガス触媒金属担体用として
ＡＩ．含有量の制限を取り除き、より安価に、均一な板
厚からなる含Ａｊ２ステンレス鋼箔を提供するもので、
この含Ａｌステンレス鋼箔を用いて作製した自動車排ガ
ス触媒担体は自動車の排ガス触媒コンバーターの通気抵
抗の低減や高品質化、軽量化などに貢献し、産業上の利
益は極めて大きい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、冷間圧延が施された急冷凝固箔であって、その成分
   がＡｌを５．５ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下、Ｃｒを５ｗ
   ｔ％以上３０ｗｔ％以下、Ｍｎを２ｗｔ％以下、Ｓｉを
   ３ｗｔ％以下およびＣを１ｗｔ％以下、残部Ｆｅと不可
   避的不純物からなり、板厚が３０〜７０μｍでかつ、板
   厚変動が平均板厚の±２０％以下であることを特徴とす
   る自動車排ガス触媒担体用ステンレス鋼箔。 ２、冷間圧延が施された急冷凝固箔であって、その成分
   がＡｌを５．５ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下、Ｃｒを５ｗ
   ｔ％以上３０ｗｔ％以下、Ｍｎを２ｗｔ％以下、Ｓｉを
   ３ｗｔ％以下、Ｃを１ｗｔ％以下、下記の群のうち各群
   の範囲内でいずれか片方または両方の群の元素および残
   部Ｆｅと不可避的不純物からなり、板厚が３０〜７０μ
   ｍでかつ、板厚変動が平均板厚の±２０％以下であるこ
   とを特徴とする自動車排ガス触媒担体用ステンレス鋼箔
   。 ａ群；Ｙ、ＲＥＭの一方または両方をそれぞれ０．３ｗ
   ｔ％以下 ｂ群；Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆの一種以上をそれぞれ２
   ｗｔ％以下