JPH06184637A - 自動車排気系用鋼管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動車排気系用鋼管、特に自動車エギゾース
トマニホールド用として耐熱性や加工性に優れた鋼管を
提供することを目的とする。 【構成】 Ｃｒを重量％で１３〜１６％とＳｉ，Ｍｎ，
Ｍｏ，Ｎｂを含有し、Ｃ，Ｎ等を低減した鋼を所定の条
件で熱延、冷延、熱処理し、電気抵抗溶接によって造管
して自動車排気系用鋼管を製造する。あるいはさらに、
造管までの総歪量を限定するか、熱延後に再結晶熱処理
するか、造管後に熱処理するか、付加成分としてＴｉ，
Ｖ，Ｚｒ，Ｗ、希土類元素、Ｃａを含有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車排気系用鋼管の製
造方法に係り、さらに詳しくは、例えば自動車エギゾー
ストマニホールドやエギゾーストパイプとして、耐熱性
や耐酸化性等に優れる鋼管の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車のエギゾーストマニホール
ド（以下エキマニと称する）には、従来の鋳物製エキマ
ニに代えて、ステンレス鋼製のエキマニが使用される例
が増加している。これはステンレス鋼は鋳物に比べて耐
熱性と高温強度が優れるので、ステンレス鋼製エキマニ
の方が肉厚を薄くすることが可能であり、自動車の軽量
化に大きく役立つためである。ステンレス鋼を使用して
エキマニを製造する方法としては、ステンレス鋼板をプ
レス成形し溶接して製造する方法や、ステンレス鋼板を
造管したステンレス鋼管を二次加工してエキマニを製造
する方法などが提案されている。この中で後者の適用が
増加しつつあり、耐熱性や加工性に優れたステンレス鋼
管への要求が高まっている。

【０００３】こうした用途に対する鋼管として、従来か
ら種々の検討がなされており、ＪＩＳ（日本工業規格）
規格Ｇ４３０５に定めるＳＵＳ４１０ＬやＳＵＳ４３０
ＬＸを鋼管として造管したものが、既に実用されてい
る。しかし、ＳＵＳ４１０Ｌは耐熱性（高温強度、耐酸
化性等）が充分ではないために、エキマニの使用温度が
９００℃といった高温の場合には使用できない。一方、
ＳＵＳ４３０ＬＸはＮｂを添加しているものの、使用中
にＮｂが炭窒化物として析出するために高温強度が低下
するという難点があった。また、比較的多量のＣｒとＮ
ｂを含有するために、常温での加工性に劣るという問題
もある。

【０００４】一方、例えば特開平２−１７５８４３号公
報、特開昭６４−８２５４号公報、特開平３−２７４２
４５号公報にあるように、各種の耐熱フェライト系ステ
ンレス鋼が提案されている。しかし、これらのステンレ
ス鋼においても、ＣｒおよびＮｂを多量に含有するため
に、鋼管として製造した後の加工性が悪く、エキマニの
ような複雑な形状を有する製品を製造するためには、例
えば中間で焼鈍して加工性を確保するなどの工程が必要
な場合があり、加工コストが高いという難点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこうした現状
に鑑みて、高温における強度や耐酸化性といった耐熱性
が優れ、かつ加工性にも優れる自動車排気系用鋼管の製
造方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の目的
を達成すべく、鋼材の成分組成、圧延条件、造管方法、
熱処理などについて種々検討した結果、Ｃｒを１３．０
〜１６．０％と低くして加工性を確保した上で、Ｎｂ，
Ｍｏを適量・複合添加することが、エキマニとして必要
な種々の特性を満足する上で極めて効果的であること、
さらにかかる鋼にＴｉ、希土類元素等を付加元素として
添加すれば、一段と優れた耐熱性あるいは加工性が得ら
れることを見出した。さらに本発明者らはかかる鋼を電
縫鋼管とするための製造方法について検討を続けた結
果、高Ｃｒ鋼を鋼片から帯鋼とし最終的に再結晶焼鈍す
るに際して、プロセス条件を精密に選択すればかかる目
的に適した帯鋼が得られること、さらに帯鋼を電縫鋼管
として造管するに際しては、鋼に付与される歪を帯鋼の
板厚と鋼管の最終外径との間に所定の関係を満足させる
と、鋼管として加工性の良いものが得られることを見出
した。

【０００７】ここに本発明の第１発明の要旨とするとこ
ろは、重量％で、Ｃｒ：１３．０〜１６．０％、 Ｓ
ｉ：０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、
Ｍｏ：０．１〜３．０％、Ｎｂ：０．１〜０．５
％、 Ａｌ：０．０１〜０．５％、を含有し、
Ｃ：０．０２％以下、 Ｎ：０．０２％以下、Ｃ＋
Ｎ：０．０３％以下、 Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．
０１％以下、に低減し、残部Ｆｅおよび不可避不純物か
らなり、金属組織が実質的にフェライトを主体とする鋼
からなる高Ｃｒ鋼片を、下記の工程で順次鋼管とするこ
とを特徴とする自動車排気系用鋼管の製造方法にある。

【０００８】（１）鋼片を１１５０〜１３００℃の温度
に加熱した後に、圧延完了温度が８５０℃以上として板
厚３．０〜６．０mmのホットストリップに熱間圧延し、
少なくとも６００℃以下に冷却するまでの平均冷却速度
が１０deg ／秒以上で冷却して、帯鋼として巻き取る工
程、（２）上記の熱延帯鋼に、累積圧下率が４０％以上
の冷間圧延を加えて冷延帯鋼とする工程、（３）上記の
冷延帯鋼に、８３０℃以上の温度に１min 以上保持する
熱処理を施して再結晶させる工程、（４）上記の熱処理
帯鋼を所定の幅に切断した後、ロール成形によって連続
的に円筒状に成形しながら、鋼帯両端を電気抵抗溶接に
よって溶接して電縫鋼管を造管する工程。

【０００９】また、本発明の第２発明の要旨とするとこ
ろは、第１発明において、（３）の工程によって冷延鋼
帯を再結晶させた段階から電縫鋼管として造管されるま
でに鋼に付加される全歪量εを、帯鋼の板厚ｔ（mm）、
電縫鋼管の最終外径Ｄ（mm）に対して、ε≦ｔ／Ｄ＋
０．０３とする自動車排気系用鋼管の製造方法にあり、
本発明の第３発明の要旨とするところは、第１発明また
は第２発明において、熱延帯鋼を冷間圧延する前に、８
３０℃以上の温度に１min 以上保持する熱処理を施して
再結晶させる自動車排気系用鋼管の製造方法にあり、本
発明の第４発明の要旨とするところは、第１発明、第２
発明または第３発明において、電縫鋼管として造管し最
終外径にある鋼管を、８３０℃以上の温度に２min 以上
保持する熱処理を施して再結晶させる自動車排気系用鋼
管の製造方法にあり、さらに、本発明の第５発明の要旨
とするところは、第１発明、第２発明、第３発明または
第４発明において、高Ｃｒ鋼が付加成分としてさらに、
Ｔｉ：０．００５〜０．５％、Ｖ：０．００５〜０．５
％、Ｚｒ：０．００５〜０．５％、Ｗ：０．００５〜
０．５％、希土類元素：０．００１〜０．０５％、Ｃ
ａ：０．０００５〜０．０２％、の１種または２種以上
を含有する自動車排気系用鋼管の製造方法にある。

【００１０】

【作用】まず、本発明方法が対象とする鋼において、各
成分の範囲を限定した理由を述べる。 Ｃｒ：Ｃｒはエキマニとして必要な耐食性、耐酸化性を
確保するために１３．０％以上を含有させることが必要
であるが、１６．０％を超えて含有させてもいたずらに
コストを増すばかりか、加工性が低下するので上限含有
量は１６．０％とする。

【００１１】Ｓｉ：Ｓｉは、Ｃｒを１３．０％以上含有
しＮｂを０．１％以上含有する鋼に脱酸剤および強化元
素としての添加が有効であるが、含有量が０．０１％未
満ではその脱酸効果が充分ではなく、２．０％超を含有
させてもその効果は飽和する上に加工性を低下させるの
で、含有量範囲を０．０１％〜２．０％に限定する。 Ｍｎ：Ｍｎは鋼の脱酸剤として必要で、０．１％以上を
含有させる必要があるが、２．０％を超えて含有させて
もその効果は飽和するばかりか、フェライト単相組織を
確保することが難しくなるので、上限含有量は２．０％
とする。

【００１２】Ｍｏ：Ｍｏは、Ｃｒを１３．０％以上含有
しＮｂを０．１％以上含有する鋼に添加すると、エキマ
ニとして必要な高温強度を一段と高めるのに効果があ
る。添加量が０．１％未満ではその効果が充分発揮され
ず、また３．０％超添加させてもその効果は飽和するば
かりかコストを増加させるだけであるから、含有量は
０．１％〜３．０％とする。

【００１３】Ｎｂ：Ｎｂは、Ｃｒを１３．０％以上含有
する鋼に添加してエキマニとして必要な高温強度を確保
するために、０．１％以上を含有させなければならない
が、０．５％を超えて添加してもその効果は飽和する上
にコストを増加させ、加工性を低下させるので、上限含
有量は０．５％とする。 Ａｌ：Ａｌは鋼の脱酸剤として必要であり、０．０１％
以上を添加することが必要であるが、０．５％を超えて
添加してもその効果は飽和するばかりか、加工性を低下
させるので、含有量は０．０１〜０．５％に限定する。

【００１４】Ｃ，Ｎ：ＣおよびＮは鋼板の加工性を低下
させる上に、Ｃｒと化合物を生成して耐熱性や耐高温塩
害性を低下せるので、上限含有量はＣ，Ｎとも０．０２
％とし、いずれも少ないほど好ましい。さらに、同じ理
由からＣとＮの合計量をも規制する必要があり、加工性
を確保するためには、Ｃ＋Ｎの量を０．０３％以下とす
る必要がある。

【００１５】Ｐ：Ｐは多量に存在すると靭性を低下させ
るので、少ない方が望ましく、上限含有量は０．０４％
とする。 Ｓ：Ｓも多量に存在すると熱間加工性および延性を低下
させるので、少ない方が望ましく、上限含有量は０．０
１％とする。 以上が本発明方法が対象とする鋼管の基本的成分である
が、エキマニとしての安定した使用のためには、金属組
織は実質的にフェライトとする必要がある。これはマル
テンサイトを含有していると、高温に加熱された際にマ
ルテンサイトがオーステナイトに変態するために、熱疲
労特性を著しく劣化させるからである。

【００１６】本発明においては、必要に応じてさらに以
下の元素を添加して、特性を一段と向上させた鋼も対象
としている。 Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ：Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒも、Ｃｒを１３．０％
以上含有しＮｂを０．１％以上含有する鋼に添加する
と、エキマニとして必要な高温強度を一段と高めるのに
効果がある。いずれの元素においても添加量が０．００
５％未満ではその効果が充分発揮されないので、これら
の元素の添加効果を充分に発揮させるためには０．００
５％以上添加する必要があるが、０．５％を超えて添加
してもその効果は飽和するばかりかコストを増加させる
だけであるから、含有量はいずれも０．００５〜０．５
％の範囲とする。

【００１７】Ｗ：Ｗは、Ｃｒを１３．０％以上、Ｍｏを
０．１％以上、Ｎｂを０．１％以上含有する鋼に付加成
分として添加すると、エキマニとして必要な高温強度を
一段と高めるのに効果がある。添加量が０．００５％未
満ではその効果が充分発揮されず、０．５％超を添加し
てもその効果は飽和するばかりかコストを増加させるだ
けであるから、含有量は０．００５〜０．５％とする。

【００１８】希土類元素（ＲＥＭ）、Ｃａ：希土類元素
およびＣａは熱間加工性の向上に効果があり、希土類元
素はまた高温での耐酸化性の改善に効果があるが、添加
量が希土類元素では０．００１％未満、Ｃａでは０．０
００５％未満ではその効果が充分ではなく、希土類元素
では０．０５％を超えて、Ｃａでは０．０２％を超えて
添加すると、それぞれ粗大な非金属介在物を生成して、
逆に熱間加工性や耐酸化性を劣化させるので、含有量は
希土類元素では０．００１〜０．０５％、Ｃａては０．
０００５〜０．０２％とする。なお、本発明において希
土類元素とは原子番号が５７〜７１番および８９〜１０
３番の元素およびＹを指す。

【００１９】本発明方法が対象とする鋼においては、上
記の成分の他にスクラップ等からの混入不純物として、
あるいは靭性や加工性などを調整する目的で、Ｎｉ，Ｔ
ａ，Ｃｕ，Ｂなどを含有することができ、いずれも本発
明の対象とするところであって、目的に応じて添加する
ことができる。次に、本発明の工程とその限定理由を説
明する。

【００２０】鋼片加熱温度：鋼片をその中心部まで均一
に加熱して、熱間圧延における熱間加工性を確保する必
要がある。しかし、１３００℃を超えて加熱すると、ス
ラブの溶け落ちが発生したり、酸化スケール生成による
材料損失が著しくなって、歩留が低下するため好ましく
ない。一方、加熱温度が１１５０℃未満では、熱間圧延
における変形抵抗が大きくなりすぎるのに加えて、Ｎｂ
を固溶させることが不充分なので、鋼板での高温強度が
低下する。従って、鋼片加熱温度は１１５０〜１３００
℃とする。

【００２１】熱間圧延：熱間圧延は通常の板圧延プロセ
スを用いることができる。後続の冷間圧延での生産性を
確保しつつ板としての特性を満足させるためには、熱間
圧延後の板厚は３．０〜６．０mmとすることが必要であ
る。また、後続の冷間圧延および電縫溶接における生産
性の観点から、板の形状はホットコイルとする。

【００２２】圧延完了温度：熱延後の延性を確保する目
的とＮｂの析出を低減する目的から、熱間圧延の終了温
度は８５０℃以上とする必要がある。

【００２３】熱間圧延後の冷却速度：熱間圧延後の冷却
速度が小さいと冷却途中でＮｂが析出して高温強度が低
下するので、この析出を抑制するためには、少なくとも
６００℃以下までは、平均冷却速度が１０deg ／秒以上
で冷却しなければならない。なお、鋼板の温度が６００
℃以下になった後は、一層小さい冷却速度で冷却しても
支障はない。

【００２４】冷間圧延：最終製品段階における鋼管とし
て、良好な加工性を確保するためには、冷間圧延におい
ては累積圧下率を４０％以上とする必要がある。この累
積圧下率を満足すれば、冷間圧延としては通常の圧延プ
ロセスを適用することができ、最終製品の板厚に応じた
冷間圧延前板厚を選定することが可能である。

【００２５】熱処理：最終製品段階における鋼管とし
て、良好な耐熱性および加工性を確保するためには、冷
間圧延後の鋼板を熱処理するに際して、８３０℃以上の
温度に１min 以上保持する必要があるが、これは保持温
度が８３０℃未満では、再結晶させるために非常な長時
間を要することから工業的には適用し難いためであり、
保持時間が１min 未満では必要な加熱温度が高くなりす
ぎて、鋼板の酸化や表面性状の低下を生ずるためであ
る。上記の条件が満足されていれば、熱処理としては鋼
板の連続熱処理設備、バッチ（ボックス）熱処理設備の
いずれを使用しても良い。

【００２６】成形および電縫溶接：成形および電縫溶接
には通常の電縫鋼管製造プロセスが適用でき、自動車排
気系用鋼管として必要な外径に応じて所定の幅に鋼帯を
切断してから、ロール成形および電縫溶接して鋼管とし
て造管することができる。 本発明においては必要に応じて上記の工程に加えて、さ
らに工程を付加あるいは限定するが、その理由は以下の
通りである。

【００２７】全歪量：自動車排気系用として特に高い加
工性が要求される場合には、冷間圧延後の熱処理の工程
において冷延帯鋼を再結晶させた段階から、電縫鋼管と
して造管されるまでに鋼に付加される全歪量εを極力低
減することが有効である。本発明方法が対象とするＣｒ
を低減したステンレス鋼の板厚ｔ（mm）、電縫鋼管の最
終外径Ｄ（mm）に対して、εがｔ／Ｄ＋０．０３以下と
なるように製造すれば、加工性が特に優れた鋼管が得ら
れる。

【００２８】冷延前熱処理：本発明者らの検討によれ
ば、自動車排気系用として特に高い加工性が要求される
場合には、熱延帯鋼を冷間圧延する前に再結晶させてお
くことがさらに有効である。この目的のためには、保持
温度は８３０℃以上とする必要があり、保持時間は１mi
n 以上とする必要があるが、かかる熱処理を冷延前に施
しておくことによって、最終製品である鋼管の段階でも
特に優れた加工性が得られるのである。上記の条件が満
足されていれば、熱処理としては鋼板の連続熱処理設
備、バッチ（ボックス）熱処理設備のいずれを使用して
も良い。

【００２９】造管後熱処理：電縫鋼管としての加工性を
非常に厳しく要求される場合には、電縫鋼管として造管
し最終外径にある鋼管を焼鈍して、最終外径としての鋼
管までに導入された歪を除去することが有効であり、か
かる目的のためには保持温度は８３０℃以上が必要であ
り、保持時間は２min 以上が必要である。

【００３０】なお、本発明方法によって製造される鋼管
に製造過程において、冷延板の表面性状や鋼管としての
所定の特性を得る目的で、鋼板あるいは鋼管の脱スケー
ル処理や酸洗処理を施すことは、本発明方法の本質から
何ら逸脱するものではなく、いずれも本発明が対象とす
る範囲に包含されるものであって、必要に応じて、通常
の脱スケール工程や酸洗工程を付加することができる。

【００３１】

【実施例】以下に本発明の実施例について説明する。表
１に成分を示す鋼を溶製し、熱間圧延によって厚さ４．
０mmの帯鋼とした後、表２に示す条件でそれぞれ冷間圧
延、熱処理を施してから、成形および電縫溶接によって
表２に示す寸法の鋼管を造管した。なお、熱間圧延に際
して、鋼片加熱温度は１２５０℃とした。実施例の比較
例のうち、 No.１６および No.１７は、それぞれ従来鋼
であるＳＵＳ４１０ＬおよびＳＵＳ４３０ＬＸを適用し
た場合である。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】続いて、これら鋼管から試験片を採取し
て、常温引張試験、高温引張試験、耐酸化性試験を実施
した。常温引張試験はＪＩＳ Ｚ２２０１に定める１２
Ａ号引張試験片を使用して、ＪＩＳ Ｚ２２４１に準拠
して行ない、加工性の指標として延性、即ち破断伸びを
調べた。高温引張試験は、板状試験片を用いてＪＩＳＧ
０５６７に準拠して実施し、９００℃における引張強さ
を調べた。また、耐酸化性試験は矩形試験片を用いて、
９００℃×５００時間の連続酸化試験を行ない、異常酸
化の有無を判定した。

【００３５】試験結果を表３に示す。表３から明らかな
ように、本発明方法に基づいて成分を選択し製造条件を
選定した鋼管例である No.１〜１２は常温での延性に優
れ、高温強度が高く、かつ耐酸化性が優れていた。これ
に対して、比較例である No.１２〜１７では、常温での
破断伸びが小さく加工性が悪いか、高温強度が不充分で
あるか、あるいは耐酸化性が劣り、いずれも自動車排気
系用鋼管としての必要特性を満足していなかった。

【００３６】

【表３】

【００３７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明は耐熱性や加
工性に優れた自動車排気系用鋼管を提供するものであ
り、産業の発展に貢献するところ極めて大である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、 Ｃｒ：１３．０〜１６．０％、 Ｓｉ：０．０１〜２．０％、 Ｍｎ：０．１〜２．０％、 Ｍｏ：０．１〜３．０％、 Ｎｂ：０．１〜０．５％、 Ａｌ：０．０１〜０．５％、 を含有し、 Ｃ：０．０２％以下、 Ｎ：０．０２％以下、 Ｃ＋Ｎ：０．０３％以下、 Ｐ：０．０４％以下、 Ｓ：０．０１％以下、 に低減し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、金属
   組織が実質的にフェライトを主体とする鋼からなる高Ｃ
   ｒ鋼片を、下記の工程で順次鋼管とすることを特徴とす
   る自動車排気系用鋼管の製造方法。 （１）鋼片を１１５０〜１３００℃の温度に加熱し、次
   いで該鋼片に、圧延完了温度が８５０℃以上の熱間圧延
   を施して板厚３．０〜６．０mmの熱延帯鋼とし、引続き
   該熱延帯鋼が６００℃以下になるまで１０deg ／秒以上
   の平均冷却速度で冷却し、しかる後該熱延帯鋼を巻き取
   る工程、 （２）上記の熱延帯鋼に累積圧下率が４０％以上の冷間
   圧延を加えて冷延帯鋼とする工程、 （３）上記の冷延帯鋼に８３０℃以上の温度に１min 以
   上保持する熱処理を施して再結晶させる工程、 （４）上記の熱処理帯鋼を所定の幅に切断した後、ロー
   ル成形によって連続的に円筒状に成形しながら、鋼帯両
   端を電気抵抗溶接によって溶接して電縫鋼管を造管する
   工程。
2. 【請求項２】 前記（３）の工程によって帯鋼を再結晶
   させた段階から電縫鋼管として造管されるまでに鋼に付
   加される全歪量εを、帯鋼の板厚ｔ（mm）、電縫鋼管の
   最終外径Ｄ（mm）に対して、ε≦ｔ／Ｄ＋０．０３とす
   る、請求項１に記載の自動車排気系用鋼管の製造方法。
3. 【請求項３】 熱延帯鋼を冷間圧延する前に、該熱延帯
   鋼に８３０℃以上の温度に１min 以上保持する熱処理を
   施して再結晶させる、請求項１または２に記載の自動車
   排気系用鋼管の製造方法。
4. 【請求項４】 最終外径を有する前記電縫鋼管に、８３
   ０℃以上の温度に２min 以上保持する熱処理を施して再
   結晶させる、請求項１，２または３に記載の自動車排気
   系用鋼管の製造方法。
5. 【請求項５】 高Ｃｒ鋼が付加成分としてさらに、 Ｔｉ：０．００５〜０．５％、 Ｖ ：０．００５〜０．５％、 Ｚｒ：０．００５〜０．５％、 Ｗ ：０．００５〜０．５％、 希土類元素：０．００１〜０．０５％、 Ｃａ：０．０００５〜０．０２％、 の１種または２種以上を含有する、請求項１，２，３ま
   たは４に記載の自動車排気系用鋼管の製造方法。