JPH0617559B2 - アルミニウム被覆した低合金鋼フオイル - Google Patents

アルミニウム被覆した低合金鋼フオイル

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JPH0617559B2 JP12238785A JP12238785A JPH0617559B2 JP H0617559 B2 JPH0617559 B2 JP H0617559B2 JP 12238785 A JP12238785 A JP 12238785A JP 12238785 A JP12238785 A JP 12238785A JP H0617559 B2 JPH0617559 B2 JP H0617559B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、一般にアルミニウム被覆した低合金鋼フォイ
ルに関し、さらに詳しくは冷間圧延された溶融アルミニ
ウム被覆した低チタン合金鋼で望ましくは、室温で成形
可能であり、優れた高温耐性を有し、更に、内燃機関の
モノリス状触媒コンバーターの使用のために、金属触媒
の表面被覆を保持するために適したアルミニウム酸化物
のとげ状のホイスカの厚い層が成長するように改良され
た低チタン合金鋼に関する。
（従来技術及び発明が解決しようとする課題） 自動車或いはその他の排気ガスによる大気汚染を減少す
るために、排気ガスから大気汚染物質を除去するための
効果的且つより安価な触媒コンバーターが世界的にも嘱
望されている。
Chapman 等の米国特許番号4,279,782 には、改善された
方法として、触媒コンバーターにおいて使用するための
触媒支持部材の形成方法が開示されている。該触媒コン
バーターには、厚さが0.051 mm（0.002 inches）である
ステンレス鋼フォイルが備えられており、排気ガスに曝
される場合に優れた耐高温酸化性を示す。更に貴金属触
媒を支持するために、アルミニウム酸化物のとげ状の粘
着性のホイスカの厚い層が成長するように改良されてい
る。
Chapman 等の特許に開示されている鋼フォイルは、ステ
ンレス鋼の回転するビレットからエンドレスストリップ
としてフォイルを皮むき（peeling ）することによって
製造される。該ステンレス鋼は、15〜25％のクロム、3
〜6 ％のアルミニウム、随意に最大1 ％までの希土類金
属を含み、残余は実質的に鉄である。Chapman 等のホイ
スカ成長鋼は比較的高価なクロムを多量に用いなければ
ならないので、触媒支持構造はコスト高となってしま
う。クロム含有ステンレス鋼フォイルは、形成された状
態においては限定された成形可能性を有し、且つ触媒支
持構造にする前に焼鈍する必要がある。
従来は、アルミニウム表面被覆を有する低コストの高温
耐性の鋼を用いることは商業的に難しい、Smith 等の米
国特許番号3,214,820 号には、保護金属でメッキした被
覆された鋼ストリップを冷間圧延して鋼フォイルを製造
する方法が開示されている。然しながら、溶融メッキ被
覆鋼から製造された鋼フォイルは、実際には、被覆され
た金属が、鋼地と金属表面被覆の間の表面下の金属間層
を形成しない場合にのみ実用的であるとしている。溶融
亜鉛及びスズメッキ被覆した鋼が製造される一方で、溶
融アルミニウムメッキ被覆ストリップを冷間圧延するこ
とによって、粘着性の一様なアルミニウム被覆鋼を形成
するのは不可能であった。何故ならば、硬質の脆性を有
する鉄−アルミニウム金属間層が、鋼ストリップが溶融
メッキ被覆浴の中に浸漬される時に、浴がケイ素のよう
な添加金属を含有するような時にさえ本来形成されてし
まうからである。Smith 等は、フォイル厚が、70％より
厚さが減少する必要がある場合に、溶融アルミニウムメ
ッキ被覆鋼ストリップが冷間圧延されると、硬質の脆性
を有する金属間層によって、鋼フォイル上に一様で滑ら
かなアルミニウム表面が形成されるのが妨げるられるこ
とが判明したことを教示している。更に、溶融アルミニ
ウムメッキ被覆された鋼ストリップが、その本来の厚さ
の50％以下に減少すると、被覆が鋼から容易に剥離して
しまうことが判明している（Whitfield の米国特許番号
2,170,361 参照）。
（課題を解決するための手段及び作用・効果） 本発明の目的は、経済的な冷間圧延減少された溶融アル
ミニウムメッキ被覆低合金鋼フォイルを製造する方法を
提供することであり、該低合金鋼フォイルは、焼鈍する
ことなく室温において成形可能であり且つ最大1150（21
00゜ F ）の高温における損傷に対して耐性を有するも
のである。
更に本発明の目的は、一様な滑らかな冷間圧延された溶
融アルミニウムメッキ被覆鋼フォイルをもたらすことで
あり、該鋼フォイルは、アルミニウム被覆を損傷・悪化
することなく室温で成形可能である。
更に本発明の別の目的は、冷間圧延された溶融アルミニ
ウムメッキ被覆鋼フォイルをもたらすことであり、該鋼
フォイルは、899 ℃（1650゜ F ）と1000℃（1832゜ F
）の間の温度において自動車の排気ガスに曝される時
に、酸化及び腐食に対してすぐれた耐性を有するもので
ある。
また本発明の目的は、経済的な方法で冷間圧延減少され
た溶融アルミニウムメッキ被覆低合金安定化された鋼フ
ォイルをもたらすことであり、該鋼フォイルは、アルミ
ニウム酸化物のとげ状のホイスカの粘着性の薄い表面被
覆が成長するように改良されている。
更に本発明の別の目的は、冷間圧延された溶融アルミニ
ウムメッキ被覆鋼フォイルをもたらすことであり、該鋼
フォイルは、自動車の排気ガスの雰囲気中で高温に加熱
される時に、酸化及び腐食に対する耐性を有し、且つア
ルミニウム酸化物のとげ状のホイスカの薄い表面被覆が
成長するように改良されている。
又本発明の他の目的は、その分野に熟達した当業者にと
って以下の添付図面及び詳細な説明を参照すれば明白と
なるであろう。
第１図は倍率500 ×の顕微鏡写真であり、厚さが0.051m
m （0.002 in）の溶融アルミニウム被覆された冷間圧延
された鋼フォイルの断面をナイタール腐食したものであ
る。該鋼フォイルは、厚さが0.51mm（0.020in ）の溶融
アルミニウムメッキ被覆低チタン含有合金安定化低炭素
鋼ストリップを冷間圧延することによって、及び90％ゼ
ンジミア冷間圧延ミルで厚さを減少することによって、
両側に厚さ5.1 μｍ（0.0002in）のアルミニウム被覆が
形成されている。
第２図は、倍率10,000×の顕微鏡写真であり、第１図の
溶融アルミニウムメッキ被覆された鋼フォイルの表面に
形成された、アルミニウム酸化物のとげ状のホイスカの
薄い成長がみられる。
出願人は、公知のライン内の連続的溶融アルミニウムメ
ッキ被覆装置を用いることによって、本発明の前述の目
的の一つ或いはそれ以上を達成するようにするように、
溶融アルミニウムメッキ被覆された鋼フォイルを製造す
ることができることが判明した。
即ち、該装置によって、厚さが0.25mmと0.76mm（0.010i
n と0.030in ）の間である低チタン合金安定化低炭素鋼
ストリップ上に、25.4μｍから76μｍ（0.001 と0.003i
n ）の厚さの、 6と12wt．パーセント（重量％）のアル
ミニウムを有する溶融アルミニウムメッキ被覆を施すこ
とができ、更に該溶融アルミニウムメッキ被覆した低チ
タン合金鋼ストリップを冷間圧延することによって、焼
鈍することなくアルミニウム被覆した鋼ストリップの厚
さを85〜95％減少でき、且つ好ましくは厚さが0.038mm
と0.089mm （0.0015inと0.0035in）の間であるアルミニ
ウム被覆した鋼フォイルをもたらすことができるもので
ある。
室温で成形可能で、高温で優れた耐性を有する低コスト
のアルミニウム被覆された鋼フォイル、即ち、モノリス
状触媒コンバーターの触媒被覆を支持するるのに適した
ホイスカ成長性を有し、且つ酸化に対して耐性が要求さ
れるその他の工業的な使用に適した該フォイルをもたら
すためには、安定化低炭素鋼及び好ましくは低チタン合
金安定化低炭素鋼から製造されることが必要であること
が判明した。低チタン合金鋼は、例えばアルミニウムキ
ルド鋼のような、遊離酸素を除去しキルド鋼であること
が好ましい。低チタン合金鋼の炭素含有量は、一般に0.
02重量％から0.10重量％の炭素であるが、0.02重量％未
満の炭素を有する真空脱ガス鋼も使用可能である。低チ
タン低炭素鋼は、鋼中の全ての炭素、酸素、及び窒素と
結合するのに充分なチタンを有し、更に好ましくは少な
くとも0.02重量％未結合チタンを供給するために充分な
チタンを含有しなければならない。鋼中のチタン含有量
は、常に1.0 重量％未満であり、一般的には0.6 重量％
を超過しないものである。アルミニウム被覆された鋼の
耐高温酸化性を改善するのに加えられた安定化鋼中のチ
タンはまた、チタン炭化物によって鋼の高温強度を増加
させ、且つ溶融アルミニウムメッキ被覆された鋼ストリ
ップ及びフォイルの冷間圧延及び室温延性を与える。
本発明に従った溶融アルミニウムメッキ被覆された鋼フ
ォイルを形成するのに適した、典型的な低チタン合金安
定化低炭素鋼の重量構成は以下のとおりである。
即ち、炭素0.04％、チタン0.50％、マンガン0.20〜0.50
％、硫黄0.012 ％、リン0.010 ％、ケイ素0.05％、アル
ミニウム0.020 〜0.090 ％、及び残余は実質的には鉄及
び付随の不純物である。
溶融アルミニウムメッキ被覆した低チタン合金安定化鋼
ストリップを冷間圧延することによって、低コストのア
ルミニウム被覆された鋼フォイルを形成する際には、鋼
ストリップの厚さ及びそれに被覆されたアルミニウム被
覆の厚さは重要であり、且つ双方とも注意して制御され
なければならない。従って、製造型の連続アルミニウム
被覆装置のライン内で、鋼ストリップに溶融アルミニウ
ムメッキ被覆を施すためには、鋼ストリップが連続溶融
被覆装置を介して搬送される時の応力にに耐え得るに充
分な厚さを備えることが重要である。然しながら、その
厚さは、溶融アルミニウムメッキ被覆した鋼ストリップ
の厚さの90％の減少によっても、被覆されたストリップ
を、実質的に0.038mm 以下或いは0.089mm 以上（0.0015
mm及び0.0035mm）の鋼フォイル寸法にまで減少すること
が不可能になるほどであってはならない。
更に、ゼンジミア型溶融メッキ被覆ラインで溶融アルミ
ニウムメッキ被覆された鋼ストリップの厚さの重要な限
界値は下記の如くである。即ち、鋼ストリップの温度
が、表面清掃の後に、鋼ストリップが浴に浸漬される前
に、溶融アルミニウムメッキ被覆浴の温度に調整され、
鋼ストリップが溶融アルミニウムメッキ被覆を形成する
に充分なライン速度で移動されて、アルミニウム被覆さ
れた鋼フォイルが広範囲の高温酸化耐性を有するのに必
要な被覆厚を有するのに必要な厚さ限界値である。
厚さが0.25mm（0.010in ）と0.76mm（0.030in ）の間で
ある鋼ストリップが、前述の要求に合致していることが
判明し、且つ例えばゼンジミア型連続溶融メッキ被覆ラ
インのような連続ライン内溶融アルミニウムメッキ被覆
装置における溶融アルミニウムメッキ被覆に適すること
が判明した。該ゼンジミア型連続溶融メッキ被覆ライン
は、毎分280 フィートのライン速度で鋼ストリップを移
動し、その後冷間圧延減少させて厚さで85〜95％減少し
て、厚さが0.038mm （0.0015in）と0.089mm （0.0035i
n）の間であるアルミニウム被覆された鋼フォイルをも
たらすものである。溶融アルミニウムメッキ被覆された
鋼ストリップは、例えばゼンジミア冷間圧延ミルのよう
な、冷間圧延ミルを介した一つ或いはそれ以上の行程で
冷間圧延される。
アルミニウム被覆されたフォイルが広範囲の使用、例え
ば触媒コンバーター中の使用のために優れた耐高温酸化
性を示すためには、鋼ストリップ上に施された溶融アル
ミニウムメッキ被覆が、仕上げ加工されたフォイル製品
において、被覆されたフォイルの重量で６％アルミニウ
ム、好ましくは 6〜12重量％アルミニウムを有するに充
分な濃度でなければならない。鋼ストリップ及び溶融ア
ルミニウムメッキ被覆が、被覆された鋼ストリップが厚
さで90％の減少となるように冷間圧延される時の割合と
実質的に同じ割合で減少されるので、0.25mm（0.010in
）と0.76mm（0.030in ）の間の溶融メッキ被覆前の厚
さを有する鋼ストリップは、６重量％アルミニウムの最
少値を有する鋼ストリップをもたらすために、その両側
に厚さが少なくとも25.4μｍ（0.001in ）、好ましくは
51μｍ（0.002in ）の厚さを有する溶融アルミニウムメ
ッキ被覆を施されなければならない。例えば、厚さが0.
51mm（0.020in ）である溶融アルミニウムメッキ被覆さ
れた鋼ストリップの厚さで90％の冷間圧延減少された後
に、フォイルの各側の冷間圧延されたアルミニウム被覆
は、厚さが5.1 μｍ（0.0002in）でアルミニウム濃度が
アルミニウム被覆された鋼フォイルの重量で 6重量％で
ある（第１図参照）。
鋼ストリップに施された溶融アルミニウムメッキ被覆
は、好ましくはTypeＩアルミニウム被覆であり、該Type
Ｉアルミニウム被覆は5 〜12重量％のケイ素を含有する
アルミニウムを含有し、その中でケイ素によって不利な
厚い表面下の鉄−アルミニウム系金属間層が形成される
のが阻止される。鋼ストリップを鋼フォイル寸法まで減
少するのに必要な激しい冷間圧延減少のために、金属間
層が小さい断片に分断されて、均一にアルミニウム被覆
間に分散される。好ましくないが、安定化鋼ストリップ
にTypeII溶融アルミニウムメッキ被覆を施すことも可能
である。
本発明によるアルミニウム被覆された鋼フォイルを形成
する実施例として、低チタン合金安定化低炭素アルミニ
ウムキルド鋼が、厚さが0.43mm（0.017in ）である鋼ス
トリップとして形成される。安定化低炭素アルミニウム
キルド鋼は下記の概略組成を有するものである。
重量％ 炭素 0.04 マンガン 0.25 リン 0.009 硫黄 0.012 ケイ素 0.06 モリブデン 0.005 アルミニウム 0.060 チタン 0.50 Cu，Ni，Sn，Crの総残留量 0.20 鉄 残量 清掃後の安定化鋼ストリップは、ゼンジミア型連続被覆
ラインでライン速度を毎分280 フィートに保って、694
℃（1280゜ F ）の温度を有する溶融TypeＩアルミニウ
ムメッキ被覆浴中に浸漬され、両側に厚さが38μｍ（0.
0015mm）である溶融アルミニウムメッキ被覆が施され
る。溶融アルミニウムメッキ被覆された鋼ストリップ
は、ゼンジミア型冷間圧延ミルによって、四つの段階を
経て0.051mm （0.002in ）の鋼フォイル厚さまで冷間圧
延される。即ち、第一段階で43.6％、第二段階で45.5
％、第三段階で45.0％、第四段階で39.4％、中間に焼鈍
を行うことなく厚さで合計90％の減少になるまで冷間圧
延されるのである。鋼フォイルの金属組織学的な試験に
よって、両側に均一なアルミニウム表面被覆、おおよそ
4.6 〜5.1 μｍ（0.00018〜0.0002in）の完全に粉砕さ
れ、アルミニウム被覆間に均一に再分散された金属間表
面下の鉄−アルミニウム系化合物層がみられる（第１図
参照）。理論上、６％アルミニウムを含有する鉄−アル
ミニウム系拡散合金を形成するためには、高温に加熱さ
れる時に鋼フォイルの断面間に充分拡散されれば、被覆
中のアルミニウムで充分である。拡散後の溶融アルミニ
ウムメッキ被覆されたフォイルの容量化学分析の結果、
6.4 重量％のアルミニウム、0.8 重量％のケイ素、及び
0.40重量％のチタンが検出された。 空気中で、1149℃
（2100゜ F ）で96時間加熱される時に、アルミニウム
被覆された鋼フォイルは、重量増加が１mg／cm2に過ぎ
ず、1000℃（1832゜ F ）で優れた耐高温酸化性を有
し、且つ室温において、180 ゜ 1 -T曲げが付与されて
も、表面被覆は破壊されない。
冷間圧延されたアルミニウム被覆鋼フォイルは、高温に
まで加熱される機械を保護するために、「321 ステンレ
ス鋼」フォイルの代わりとして使用に適し、保護非酸化
雰囲気中において機械を包む必要性を取り除く。溶融ア
ルミニウムメッキ被覆された鋼フォイルはまた、機械の
ための保護被覆を形成するために要求される強度と室温
における成形可能性を有し、最大1149℃（2100゜ F ）
までの熱処理温度にも耐えることが可能である。フォイ
ルのアルミニウム被覆は、「ゲッター（getter）」とし
て働き、被覆内から酸素を取り除き、熱処理サイクルの
際の機械の表面の不利な酸化及び脱炭を防止する。
アルミニウム被覆された鋼フォイルが、触媒コンバータ
ーの触媒の支持構造として使用される時には、鋼フォイ
ルは巻き付ける時に長手方向にしわをつけてガスの通り
路を確保し、900 ℃（1652゜ F ）で一分間から四分
間、乾燥した二酸化炭素雰囲気中で予熱することによっ
てホイスカが成長するために予め制御され、その後とげ
状のホイスカ表面被覆を成長させるために空気中で925
℃（1700゜ F ）で８時間加熱される。水成アルミナゲ
ル貴金属触媒（aqueous alumina gel-noble metal cata
lyst）中に分散されたγアルミニウム酸化物粉末の被覆
は、米国特許番号4,279.782 に開示されたフォイルのと
げ状のホイスカ被覆された表面に適用される。
【図面の簡単な説明】
第１図は倍率500 ×の顕微鏡写真であり、厚さが0.051m
m （0.002 in）の溶融アルミニウム被覆された冷間圧延
された鋼フォイルの断面をナイタール腐食したものであ
る、第２図は、第１図の溶融アルミニウムメッキ被覆さ
れた鋼フォイルの表面に形成された、アルミニウム酸化
物のとげ状のホイスカの薄い成長がみられる倍率10,000
×の顕微鏡写真である。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】冷間圧延された実質的に0.038mm(0.0015i
    n) 以上、最大0.089mm(0.0035in) の厚みを有する溶融
    アルミニウムメッキ被覆された低チタン合金安定化低炭
    素鋼シートから形成されたアルミニウム被覆鋼フォイル
    であり、該鋼シートの厚さが0.025mm(0.0010in) と0.07
    6mm(0.0030in) の間であり、その両表面には厚さが3.7
    μｍ(0.00015in) から7.6 μｍ(0.0003in)のアルミニウ
    ム被覆を有し、該被覆中のアルミニウムが前述のフォイ
    ルの重量で６重量％から12重量％のアルミニウムであ
    り、前述の冷間圧延されたアルミニウム被覆された鋼フ
    ォイルが前述のシートの溶融メッキ被覆の際に形成され
    た金属の鉄−アルミニウム系金属間化合物を有し、該金
    属間化合物は冷間圧延されたアルミニウム被覆間に小さ
    い断片に分断されて均一に分配されており、前述のフォ
    イルは焼鈍することなく室温で成形可能であり、最大11
    49℃(2100 ゜ F)の温度で酸化に対する耐性を有し、そ
    の表面にアルミニウム酸化物のとげ状のホイスカの厚い
    表面被覆が成長するように改良されていることを特徴と
    するアルミニウム被覆した低合金鋼フォイル。
  2. 【請求項２】前述の安定化低炭素鋼が、該鋼中で全ての
    炭素、酸素、及び窒素が化学的にチタンと結合してお
    り、該鋼中には少なくとも0.02重量％を超える未結合チ
    タンを有することを特徴とする特許請求の範囲第１項に
    記載の冷間圧延されたアルミニウム被覆鋼フォイル。
  3. 【請求項３】前述の安定化低炭素鋼が、0.10重量％未満
    の炭素を含有し、少なくとも0.40重量％以上1.0 重量％
    未満のチタンを含有することを特徴とする特許請求の範
    囲第１項に記載の冷間圧延されたアルミニウム被覆鋼フ
    ォイル。
  4. 【請求項４】前述の安定化低炭素鋼が、0.04重量％の炭
    素を含有し、0.50％のチタンを含有することを特徴とす
    る特許請求の範囲第１項に記載の冷間圧延されたアルミ
    ニウム被覆鋼フォイル。
  5. 【請求項５】前述の安定化低炭素鋼が、低チタン合金ア
    ルミニウムキルド鋼であることを特徴とする特許請求の
    範囲第１項に記載の冷間圧延されたアルミニウム被覆鋼
    フォイル。
  6. 【請求項６】前述の冷間圧延された溶融アルミニウムメ
    ッキ被覆が、アルミニウムと５〜12重量％のケイ素から
    成る合金であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
    に記載の冷間圧延されたアルミニウム被覆鋼フォイル。
  7. 【請求項７】自動車の排気ガスを処理するための触媒コ
    ンバーターにおいて使用される貴金属触媒を含有する被
    覆のための支持部材であり、該支持部材は、厚さが0.05
    1mm(0.002in)の室温で成形可能な冷間圧延された溶融ア
    ルミニウムメッキ被覆低チタン合金安定化低炭素鋼フォ
    イルから成り、且つその表面にアルミニウム酸化物のと
    げ状のホイスカの成長を有することを特徴とする被覆支
    持部材。
  8. 【請求項８】機械の被覆であり、厚さが実質的に0.038m
    m(0.0015in) 以上、最大0.089mm(0.035in)である室温で
    成形可能な冷間圧延された溶融アルミニウムメッキ被覆
    低チタン合金安定化低炭素鋼フォイルから成り、該フォ
    イルがフォイルの重量で６％と12％の間のアルミニウム
    の表面濃度を有することを特徴とする機械被覆。
  9. 【請求項９】室温で成形可能な溶融アルミニウムメッキ
    被覆鋼フォイルを形成するための方法であり、 厚さが0.25mmと0.76mm(0.010inと0.030in)の間の低チ
    タン合金安定化低炭素鋼のストリップを形成し、 前述の鋼ストリップに、前述のフォイルの重量で６重
    量％から12重量％の間のアルミニウムをもたらすのに充
    分な、厚さが25μｍと８９μｍ(0.001 と0.003in)の間
    である溶融アルミニウムメッキ被覆を施して、 冷間圧延することにより、厚さが実質的に0.038mm 以
    上最大0.089mm(0.0015inと0.0035in) であるアルミニウ
    ム被覆した鋼フォイルを形成し、それにより溶融アルミ
    ニウムメッキ被覆ストリップの厚さを85〜95％減少す
    る、 ことから成ることを特徴とする溶融アルミニウムメッキ
    被覆鋼フォイル形成方法。
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