JPH1053842A

JPH1053842A - 高温耐酸化性及び耐熱変形性に優れたステンレス鋼線及び繊維

Info

Publication number: JPH1053842A
Application number: JP20855096A
Authority: JP
Inventors: Takehisa Tanaka; 健久田中; Susumu Yamamoto; 進山本; Yoshio Yoshimura; 良雄吉村
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-08-07
Filing date: 1996-08-07
Publication date: 1998-02-24
Anticipated expiration: 2016-08-07
Also published as: JP3242573B2

Abstract

(57)【要約】【課題】伸線加工の低下をまねくことなく、高温での耐
酸化性及び耐熱変形性を向上させた自動車用排気系部品
に使用されるフェライト系ステンレス鋼線材を提供する
ことを課題とする。【解決手段】重量％にてＣ；０．１０％以下、Ｓｉ；
０．３〜１．５％、Ｍｎ；１．０％以下、Ｃｒ；１７．
０〜２６．０％、Ｎｉ；０．６０％以下、Ａｌ；２．０
〜６．０％、Ｍｏ；０．５〜１．５％、残部がＦｅ及び
不可避的不純物からなる成分を持ち、高温耐酸化性およ
び耐熱変形性に優れたステンレス鋼線及び繊維。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車用排気系部品等
の耐熱用途に使用される高Ａｌ含有フェライト系ステン
レス鋼線及び繊維、特に、エンジン振動を後側の排気管
に伝わることを遮断するために用いられるフレキシブル
チューブ内のインナーブレーダ用材及びマフラー内の吸
音材として使用される線及び繊維に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】フレキシブルチューブ内のインナーブレ
ーダやマフラー内の吸音材等の自動車用排気系部品にお
ける耐熱線材及び繊維材は、排気ガスにより７００〜８
００℃の高温環境に晒されるため、ＳＵＳ４３０系及び
ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼線が使用されてきた。し
かし近年、地球温暖化防止や公害防止の面から自動車に
対する排気ガス規制が厳しくなってきていると同時に、
エンジンの高性能化に伴い排気ガス温度が上昇する傾向
にあり、これらの部材が使用される温度は９００℃近く
にまでなってきつつあるため、既存材料では耐酸化性及
び高温強度が不足して使用に耐えない。

【０００３】このような過酷な条件下にも耐えうる材料
としてはインコロイやハステロイといった超耐熱合金が
あるが、これらはいずれも非常に高価であるため実用的
ではない。一方、比較的安価な材料としては、古くから
暖房器具や電熱材料として広く使用されている高Ａｌ含
有フェライト系ステンレス鋼（ＦｅーＣｒーＡｌ鋼、特
開昭４８ー１０２０２２号等）があるが、やはりそのま
までは耐酸化性及び高温強度が不足するため自動車用排
気系部品には使用できない。そこで最近、自動車用排気
ガス浄化装置における触媒担体用基材として、従来の高
Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼にさらに希土類元素
等を添加し耐熱性向上を図った材料が開発されている
（特開平４ー３５４８５０号、特開平６ー１７２９３２
号、特開平６ー１７２９３３号等）。

【０００４】

【従来技術の問題点】自動車用排気ガス浄化装置の触媒
担体用基材として使用される高Ａｌ含有フェライト系ス
テンレス鋼をはじめ、一般にフェライト系ステンレス鋼
の高温での耐酸化性を向上させるためには、Ｃｒ、Ａ
ｌ、Ｓｉ、希土類元素、Ｙ等の添加及び添加量の増加が
有効であることが知られている。しかし、これらの元素
の多量の添加は、原料コストの上昇はもちろんのこと、
冷間加工性を著しく悪化させ、特に一方向からの加工で
ある板圧延加工等に比べ、二方向からの加工である伸線
加工には著しい障害となる。すなわち、触媒担体用とし
ての箔（板厚約５０μｍ）への圧延は可能でも、フレキ
シブルチューブ内のインナーブレーダやマフラー内の吸
音材等への適用を満足するような細線化及び繊維状の形
態にすることは極めて困難である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】自動車用排気系等に用
いられるステンレス鋼線及び繊維は、通常１ｍｍ以下の
直径にまで冷間伸線化、及び通常５ｍｍ以下の直径の線
に冷間伸線加工した後さらに繊維状の形態に加工し使用
している。本発明は、細径までの冷間伸線加工の低下を
まねくことなく、高温での耐酸化性及び耐熱変形性を向
上させた自動車用排気系部品に使用されるフェライト系
ステンレス鋼及びフェライト系ステンレス鋼繊維を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、自動車用排気
系部品に使用される高Ａｌ含有フェライト系ステンレス
鋼線及び繊維において、Ｍｏ，Ａｌ及びＳｉの添加量を
最適化することにより、素材段階における冷間伸線加工
性を阻害することなく、８００〜９００℃の温度域での
耐酸化性及び耐熱変形性をさらに向上するものである。

【０００７】すなわち、本発明の第１のものは、重量％
にてＣ；０．１０％以下、Ｓｉ；０．３〜１．５％、Ｍ
ｎ；１．０％以下、Ｃｒ；１７．０〜２６．０％、Ｎ
ｉ；０．６０％以下、Ａｌ；２．０〜６．０％、Ｍｏ；
０．５〜１．５％、残部がＦｅ及び不可避的不純物から
なる成分を特徴とするステンレス鋼線及び繊維である。
以下に、本発明の成分及びその含有量について説明す
る。

【０００８】Ｃの耐食性に対する影響としては、Ｃ含有
量が高くなると耐酸化性は低下し異常酸化が発生しやす
くなる。また、高Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼に
おいてＣ含有量の増加は、素材製造段階でのスラブやホ
ットコイルの靱性が大きく悪化するとともに、冷間にお
ける加工性も低下する。そこで、本発明においては、Ｃ
含有量の上限を０．１０重量％に設定した。

【０００９】Ｓｉはフェライト系ステンレス鋼の高温で
の耐酸化性を著しく向上せさる元素であり、その効果を
得るためには、０．３重量％以上の添加が必要である。
一方、過剰なＳｉ添加は鋼の冷間加工性を著しく低下さ
せる。本発明によるステンレス鋼線は、通常、冷間伸線
加工にて製造されるが、Ｓｉ含有量が１．５重量％を超
えるとマトリックスの靱性が低下するとともに、ＳｉＯ
₂系介在物が多くなり鋼線としての靱性の低下による伸
線加工中の断線の発生頻度が著しく増加する。そこで、
Ｓｉ含有量は、０．３〜１．５重量％の範囲とした。

【００１０】Ｍｎは高温での熱間加工性を改善する上で
有効な元素であるが、Ｃと同様な理由によりＭｎ含有量
の上限を１．０重量％以下とした。Ｃｒは高温での耐酸
化性及び耐食性を確保する上で必要な基本元素であり、
効果を発揮させるためには１７．０重量％以上のＣｒ添
加が必要である。しかし、あまり多量のＣｒ含有はσ脆
性や４７５℃脆性に特に敏感になり、素材製造段階での
スラブやホットコイルの靱性の劣化や冷間加工性の低下
により製造性が著しく低下する。そこで、Ｃｒ含有量は
１７．０〜２６．０重量％の範囲とした。

【００１１】Ｎｉはフェライト組織の不安定化をまねく
ばかりか、過剰の添加は高温での耐酸化性に悪影響を及
ぼす。特に、本発明によるステンレス鋼においては、Ｎ
ｉの含有量が０．６０重量％を超えると８００〜９００
℃の温度域での耐酸化性が大幅に低下するとの知見を得
た。そこで、Ｎｉの含有量は０．６０重量％以下とし
た。

【００１２】ＡｌはＣｒと同様に耐食性を向上させる上
で重要な元素であり、添加により鋼表面にＡｌ₂Ｏ₃が
形成され優れた耐食性が得られる。しかし、２．０重量
％未満ではその効果は不充分であり、一方含有量が増加
するに従い急速に靱性が低下し、６．０重量％を超える
とスラブやホットコイルの靱性の劣化や冷間加工性の低
下により製造性が悪化する。そこで、本発明ではＡｌ含
有量を２．０〜６．０重量％の範囲とした。

【００１３】ＭｏはＡｌと同様に耐食性を向上させる上
で重要な元素であると同時に、高温強度も向上させる元
素である。この効果を得るためには、少なくとも０．５
重量％以上のＭｏ添加が必要であるが、多量の添加は鋼
の靱性悪化を招くばかりか、いたずらに原料コストを上
昇させるばかりてある。そのため、Ｍｏ含有量は０．５
〜１．５重量％の範囲とした。

【００１４】これらの成分は比較的容易な加工により成
形せしめられるものには充分供しうるものであるが、成
形に際してさらに加工性が要求されるような部材につい
ては、その耐熱性を損なわずに加工性をより向上するた
めに、各元素の添加量をさらに適正な範囲に限定するこ
とで非常に優れた効果を発揮するという知見を得た。す
なわち、本発明鋼の第２のものは、第１のものに対し、
さらに重量％にてＣｒを０．０８％以下、Ｓｉ量を０．
３〜１．０％、Ｍｎ量を１．０％以下、Ｃｒ量を１８．
０〜２１．０％、Ｎｉ量を０．６０％以下、Ａｌ量を
３．０〜４．０％、Ｍｏ量を０．７〜１．３％に限定す
ることにより耐熱性を損なわずにさらに加工性を良くす
ることが可能となった。

【００１５】本発明の高温耐酸化性および耐熱変形性に
優れたステンレス鋼線及び繊維は前記した組成をもつ。
鋼線及び繊維としては、長繊維でも短繊維でもよい。鋼
線の線径は通常０．１〜１ｍｍφ程度である。鋼線及び
繊維は通常５ｍｍ以下の直径の線に冷間伸線加工した後
さらに細径に加工される。また、棒状の形態の鋼材を切
削加工により繊維とすることもできる。繊維としての径
は０．０１〜０．５ｍｍ程度である。

【００１６】本発明のステンレス鋼線及び繊維は自動車
用排気部品、特に直接排気ガスが接触する部品に使用で
きる。具体的には自動車用排気系のエキゾーストマニホ
ールドと排気ガス触媒との間に設けられるフレキシブル
チューブのインナーブレーダ用のステンレス鋼線として
使用できる。ここでフレキシブルチューブとはその要部
断面を図１に示すように、内側よりインナーブレーダア
ッシー１とベローズチューブ２とアウターブレーダ３と
からなる３層からなり、両端部が同軸的に積層されて一
体的に固定されている。インナーブレーダアッシー１は
両端部を構成する短い筒状の２個のインナーパイプ１１
とこれらインナーパイプ１１にそれぞれれ両開口端が挿
入され、本発明のステンレス鋼線が編まれて筒状とした
インナーブレーダ１２とこのインナーブレーダ１２の各
端部を各インナーパイプ１１とで挟持する２個のインナ
ーリング１３とからなる。なお、インナーパイプ１１、
インナーブレーダ１２およびインナーリング１３は三者
が同軸状に積層された部分でスポット溶接で一体的に接
合されている。

【００１７】ベローズチューブ２はその両端部が短い筒
状に形成され、その中央部は軸方向に小径部と大径部が
交互に連続する蛇腹状となっている。通常このベローズ
チューブ２はオーステナイト系ステンレスで形成され
る。アウターブレーダ３はベローズチューブ２を覆い機
械的に保護するもので、通常オーステナイト系ステンレ
ス繊維で編まれた筒状体である。

【００１８】本発明のステンレス鋼線及び繊維はこのフ
レキシブルチューブのインナーブレーダ１２用に最適に
使用できる。なお、本発明のステンレス鋼線及び繊維は
インナーブレーダ１２以外に排気ガスが流れる排気通路
内に設けられる消音用部品にも使用できる。この消音用
部品は本発明のステンレス鋼線及び繊維を集積した繊維
集積体とするもので、隣接する繊維間に形成される間隙
を音波が通過するときに音波が分散され互いに干渉され
て消音される。

【００１９】本発明のステンレス鋼線及び繊維はセラミ
ック触媒保持用ワイヤーメッシュ、暖房器具や電熱材料
（発熱体）等にも最適に使用できる。

【００２０】

【実施例】

（実施例１）表１のＮｏ．１に示す成分のステンレス鋼
を溶製し、直径５．５ｍｍに熱間圧延した後、焼純、冷
間伸線を繰り返し、直径０．４ｍｍの線を製作した（本
発明鋼）。また、比較材として表１のＮｏ．２、Ｎｏ．
３、Ｎｏ．４に示す成分の直径０．４ｍｍの線を同様の
工程で製作した。Ｎｏ．２はフェライト系ステンレス鋼
にＡｌを添加したＦｅーＣｒーＡｌ合金、Ｎｏ．３、Ｎ
ｏ．４はフレキシブルチューブのブレーダ用に現在使用
されているもので、Ｎｏ．３はＳＵＳ４３０にＭｏを添
加したフェライト系ステンレス鋼、Ｎｏ．４はオーステ
ナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４である。

【００２１】これらを、大気中で８００℃、９００℃、
１０００℃の３条件で、それぞれ２０時間加熱後、４時
間放冷するというサイクルを１０回づつ繰り返し、酸化
による質量増加率を求めた。また、自動車用排気系部品
のフレキシブルチューブのインナーブレーダの形状に加
工し、排気ガス雰囲気中で９００℃に５分間保持したの
ち、１００℃以下で５分間保持する冷熱サイクル試験を
１０００サイクル行い、試験後の供試材の形状変化を調
べた。これらの結果を表１に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】Ａｌを添加した化学成分を持つＮｏ．１、
Ｎｏ．２の線は、Ｎｏ．３、Ｎｏ．４の線よりいずれの
温度においても酸化が少なく、またＡｌに加えてＭｏを
添加したＮｏ．１の線（本発明材）はＮｏ．２の線より
も８００℃、９００℃の温度域においてさらに酸化が少
ない。また、冷熱サイクル試験においては、いずれの比
較材も形状変形が生じてしまったが、Ａｌに加えてＭｏ
を添加したＮｏ．１の線（本発明材）は変形が起こら
ず、耐熱変形性が優れる。（実施例２）第２のＮｏ．５に示すステンレス鋼を溶製
し、直径５．５ｍｍに熱間圧延した後焼純し、冷間伸線
により直径３．０ｍｍの線を製作した。さらに、この線
を走行させながら、その表面をバイトで切削する線切削
法で、平均太さ約０．０７５ｍｍの金属繊維を製作した
（本発明材）。尚、平均太さはとは、上記繊維の断面形
状が半月状であるため、繊維の長径寸法を５０箇所測定
し平均したものである。また、比較材として表２のＮ
ｏ．６はＦｅーＣｒーＡｌ合金の線から、Ｎｏ．７はＳ
ＵＳ４３０にＭｏを添加したフェライト系鋼の線からそ
れぞれ線切削法によりＮｏ．５と同等の寸法に製作した
金属繊維である。これらを、大気中で７００℃、８００
℃、９００℃、１０００℃の４条件で、それぞれ２０時
間加熱後４時間放冷するというサイクルを１０回づつ繰
り返し、酸化による質量増加率を求めた。その結果を表
２に示す。

【００２４】

【表２】

【００２５】実施例１の線材に比較して試料が細く、単
位質量当たりの表面積が大きいため、表面の酸化による
質量増加率は実施例１よりも大きい数値となっている
が、実施例１と同様、本発明材（Ｎｏ．５）は、他に比
較して８００℃、９００℃の温度域における酸化が少な
いことがわかる。（実施例３）表３のＮｏ．８、Ｎｏ．９に示す成分のス
テンレス鋼を溶製し、直径５．５ｍｍに熱間圧延した
後、焼純、冷間伸線を繰り返し、直径１．０ｍｍの線を
製作した（本発明材）。また、比較材として表３のＮ
ｏ．１０、Ｎｏ．１１、Ｎｏ．１２に示す成分の直径
１．０ｍｍの線を同様の工程で製作した。これら５種の
１．０ｍｍの線を焼純後、９ダイスの連続伸線機でそれ
ぞれ直径０．４ｍｍまで冷間伸線し、加工量１ｔｏｎ当
たりに発生した加工中の断線回数を求めた。その結果を
表３に示す。

【００２６】

【表３】本発明材Ｎｏ．８、Ｎｏ．９は、現在使用されているＳ
ＵＳ４３０にＭｏを添加したフェライト系ステンレス鋼
Ｎｏ．１０と同等と見なし得る断線回数であるのに対
し、Ｓｉ添加量が多いＮｏ．１１、Ａｌ添加量が多いＮ
ｏ．１２においては断線回数が多く、過剰のＳｉまたは
Ａｌの添加により冷間伸線加工性が悪化していることが
わかる。

【００２７】

【発明の効果】高Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼線
及び繊維において、Ｍｏ、Ａｌ及びＳｉの添加量を最適
化することにより、素材製造段階における冷間伸線加工
性を阻害することなく、８００〜９００℃の温度域での
耐酸化性及び耐熱変形性をさらに向上できることを見い
だした。

【００２８】したがって、自動車用排気系部品に使用さ
れる耐熱ステンレス鋼線及びステンレス鋼繊維に本発明
材を用いることにより、排気系部品の耐久信頼性を向上
させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のステンレス鋼線及び繊維で作られたイ
ンナーブレーダをもつフレキシブルチューブの部分欠損
図である。１…インナーブレーダアッシー２…ベローズチ
ューブ３…アウターブレーダ１２…インナーブ
レーダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉村良雄兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％にてＣ；０．１０％以下、Ｓｉ；
０．３〜１．５％、Ｍｎ；１．０％以下、Ｃｒ；１７．
０〜２６．０％、Ｎｉ；０．６０％以下、Ａｌ；２．０
〜６．０％、Ｍｏ；０．５〜１．５％、残部がＦｅ及び
不可避的不純物からなる成分を持ち、高温耐酸化性および耐熱変形性に優れたステンレス鋼線
及び繊維。
【請求項２】Ｃ；０．０８％以下、Ｓｉ；０．３〜１．
０％、Ｃｒ；１８．０〜２１．０％Ａｌ；３．０〜
４．０％、Ｍｏ；０．７〜１．３％である請求項１記載
の高温耐酸化性および耐熱変形性に優れたステンレス鋼
線及び繊維。
【請求項３】自動車用排気系部品のフレキシブルチュー
ブ内のインナーブレーダに使用される請求項１または２
に記載のステンレス鋼線。
【請求項４】自動車用排気系部品のマフラー内の吸音材
として使用される請求項１または２に記載のステンレス
鋼線及び繊維。
【請求項５】切削加工により製作された金属繊維である
ことを特徴とする請求項４に記載のステンレス鋼線及び
繊維。