JPS63273517A - 自動車排ガス浄化装置用基体の製造法 - Google Patents

自動車排ガス浄化装置用基体の製造法

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JPS63273517A
JPS63273517A JP10478787A JP10478787A JPS63273517A JP S63273517 A JPS63273517 A JP S63273517A JP 10478787 A JP10478787 A JP 10478787A JP 10478787 A JP10478787 A JP 10478787A JP S63273517 A JPS63273517 A JP S63273517A
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JP
Japan
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stainless steel
pipe
powder
honeycomb
exhaust gas
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Application number
JP10478787A
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English (en)
Inventor
Kyoichi Nagano
永野 恭一
Yasushi Ishikawa
泰 石川
Masayuki Tento
雅之 天藤
Keiichi Omura
圭一 大村
Satoshi Araki
荒木 敏
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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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〕 本発明は自動車排気ガス浄化装置に使用されるる基体の
製造法に間する。
〔従来の技術〕
近年特に1970年頃から自動車の排気ガスが公害源と
して問題視されるようになり、これに伴って自動車排気
ガス規制が法制化され、乗用車に対して排気ガス浄化装
置を設置することが義務付けられるようになった。自動
車排気ガス浄化装置としては、いくつかの方式があった
が、現在では触媒コンバータ一方式によって、HCとC
Oを酸化し、同時にNOxを還元するものが主流となっ
ている。
触媒コンバーターの構造は、コージライトを主成分とす
るセラミックをハニカム状に焼成したものを、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−Pdの貴金属触媒を含浸させた多孔1i T 
 A l x Os粉を付着させることによって、浄化
装置としての機能を付与せしめたハニカム方式のものが
現在多用されている。
しかしながらこのセラミックハニカムは、機械的な衝撃
力に弱いことや、緩衝のためにハニカムと外筒の間に、
挿入された金網の部分を排ガスの一部がバイパスするこ
とに加えて、排気抵抗がやや大きいこと等の欠点がある
最近ではこれに対処するために、高A1フェライト系ス
テンレス鋼を、数10μの厚さの箔に圧延して、更にこ
れを波板状に形成したものと、もとの平板を重ね合わせ
、これを積層したもの又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担体として使用する
特開昭57−71898号公報の技術、或いはこれらメ
タルノ1ニカム用の箔の製造法として、高いA1のフェ
ライト系ステンレス鋼の丸鋼の表面から、ビーリング加
工によって切粉状に採取する方法が、特開昭56−96
726号公報に開示されている。
この方法によって作られたステンレス箔は、ビーリング
時に加工歪が箔内に導入され、高温酸化性雰囲気中で処
理されたとき、AIの拡散が箔内から表面に向かって促
進されて、ウィスカー状のA#t03が表面に生じ、こ
れが貴金属触媒の直接担体である7 −A J! t 
O2粉のハニカムへの固着性を向上させるというもので
ある。
しかしながらこれ′らの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作るものでは、もともと
冷間加工性のあまり良好でない高Alステンレス鋼を、
40〜50μm程度の箔にまで圧延するため、圧延途中
に焼鈍酸洗の工程を成度入れなければならず、またハニ
カム成形後に、ろう付けにより相互に固定すると共に、
外筒にも固定する工程が煩雑で、コスト高の原因となっ
ていた。
またビーリング加工によるものでは、均一な厚さの幅の
広い箔を得るのが困難で、実用に供せられるところには
至っていないのが現状である。そこでより簡便な手段で
、自動車排ガス浄化装置用基体を製造する方法の開発が
望まれていた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、これらの要望に鑑み種々検討の結果なされた
もので、前記の方法に比較してきわめて簡便な自動車排
気ガス浄化装置用基体の製造法を提供するものである。
[問題点を解決するための手段〕 本発明は、易溶解性粉体を充填したステンレス鋼管を、
耐熱網管又は耐熱鋼チャンネルの中に密に挿入し、これ
を熱間加工により断面積を減少せしめた後、所定の長さ
に切断し、更に上記易溶解性粉体を化学的又は電気化学
的処理により除去することを特徴とする自動車排ガス浄
化装置用基体の製造法である。
以下に本発明の詳細な説明する。
本発明でいうステンレス鋼とは、高温のエンジン排ガス
に対して耐酸化性を有するもので、フェライト系ステン
レス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、オーステナイ
ト系ステンレス鋼二相鋼等のいずれかでも可とするが、
特にエンジン排ガスに対する高度の耐酸化性を保有し、
且つ熱間加工に耐えるものであることが望ましく、この
ために望ましい成分系としては、C005%以下、Si
4%以下、MnlO%以下、N i O〜60%以下、
Cr1l 〜30%以下、A10〜6%以下、MOlW
、Co、は合計で0〜10%、Tis Nbs Zr、
Hfは合計で0〜3%、Y、REMは合計で0〜0.2
%、Mg、Caは合計で0〜0.01%の範囲にあるも
ので、このほかに必要に応じて少量のCu、Bを含有す
ることも可であり、残部はFeおよび不可避不純物より
なるものである。
次に゛ここでいう易溶解性粉体とは、ハニカムの穴とな
る部分に対応する空間を確保するためのもので、粉体の
全部または一部が前記のステンレス鋼より化学的または
電気化学的に溶解しやすく、処理後粉体部が完全に除去
されるものでなければならない、さらに熱間加工時、粉
体部および被覆しているステンレス鋼が均一に変形する
ためには、高温で流動性を有する粉体でなければならな
い。
この条件を満たすならば、金属粉に限らず、易溶解性の
酸化物、炭酸化物、硫酸化物、塩化物、硝酸化物、沸化
物等の化合物、あるいはそれら化合物二種以上の混合粉
でも可能であり、さらには溶解処理時に易溶解性の粉体
とともに除去されるならば、難溶解性の粉体を含む混合
粉であっても可能である。
さらにここでいう耐熱鋼管の断面積形状は円形、楕円形
、多角形等のいずれでも可能であるが、最終的には触媒
担体の外筒になるので、外筒としての最低限の耐熱性と
、粉体の溶解除去処理時に溶解されない程度の耐蝕性が
必要なため、9%以上のCrを含有するものであること
が望ましい、外筒用材料として、例えば25%Cr−2
0%Niステンレスw4(SUS31O8)または15
%Cr−4%Al鋼が適当である。
次に上記素材を自動車排ガス浄化装置用基体に組み立て
る方法について説明する。
まず易溶解性粉体をステンレス鋼で被覆する。
この工程は易溶解性粉体を被覆するステンレス鋼はあら
かじめ管状に加工し、その中に易溶解性粉体を充填する
場合と、管状に加工する工程と粉体を充填する工程を連
続させ、粉体を゛充填する直前あるいはほぼ同時に溶接
、シームレス圧延、熱間押し出し等により管状に加工す
る場合が可能である。
いずれの場合も、易溶解性粉体部の径あるいはその被覆
するステンレス鋼の厚みは、製造tべき浄化装置の寸法
、形状、後工程の熱間加工での圧下比率によって決まる
が、通常は易溶解性粉体部の径を1〜8龍として、被覆
するステンレス鋼の厚みは熱間加工後に、最終的に30
〜90μm程度になるように圧下比を考慮して決定すれ
ばよい。
第1図(a)は管状に加工する工程と粉体を充填する工
程を連続させた一例で、ステンレス鋼帯を連続的に溶接
した直後に、易溶解性粉体を随時充填していく工程を示
している。ステンレス鋼帯1は軽圧下ロール2で平坦度
、表面凹凸の羽、整をを行い、成形ロール4で管状に成
形する。
このときステンレス鋼表面にAlを富化させ耐熱性を向
上させるために、軽圧下ロール2でAl箔を銅帯表面に
圧接することも可能である。管状に成形された鋼帯は溶
接トーチ6でTlに、、MIC等により溶接されて鋼管
となり、さらに粉体供給ノズル8により該鋼管内部に易
溶解性粉体が充填される。この際加熱された溶接部と粉
体とが接触し、粉体が溶融したり、反応したりするのを
防ぐだめに、粉体供給ノズルを溶接部より後方に離し、
さらに鋼管を傾斜させることが有効である。
第1図(b)は溶接および粉体挿入箇所の拡大模式図で
ある。充填された粉体間には相当な空間が残存し、また
不均一な空隙が存在することもあるため、第1図(a)
に示すように冷間圧延ロール9で径を減少させ、若干粉
体を押し固め、耐熱鋼管に挿入するのに都合のよい径に
調節し、ステンレス鋼管11(vA材)を形成する。
ステンレス鋼と内部の易溶解性粉体との間に、化学結合
あるいは金属結合を特に必要としない。
逆に両者の界面での相互拡散を防止し、化学的又は電気
化学的処理による粉体の溶解を容易にするために、粉体
充填時にステンレス鋼との間に種々の酸化物、窒化物等
の熱的に安定な粉体な挿入するか、または粉体と接触す
るステンレス鋼表面上にあらかじめ異種金属の層を形成
させてお(ことも可能である。
さらにステンレス鋼どうしの接合性を向上する目的で、
あるいはステンレス鋼部分の耐熱性をより一層向上させ
る元素を富化する目的で、上記の如くそれらを満たすよ
うな異種の金属あるいは合金の箔あるいは粉末を同時に
挿入することも可能である。
次にハニカム形状を構成するために、易溶解性粉体を充
填したステンレス鋼管を、触媒コンバーターの外筒材と
して適当な耐熱鋼の管又はチャンネル中に、仕上がりの
ハニカムに必要な穴に相当する本数だけ密に挿入する。
このとき粉体部の空間を減少させ、外筒となる耐熱鋼管
に挿入するのに適当な径に調整するために、上記方法に
て粉体を充填したステンレス鋼管を冷間圧延、線引きす
ることは可能である。
こうして熱間加工の素材を構成するが、この際次の熱間
加工工程での挿入物の異常はみ出しを防止するため、挿
入後該耐熱鋼管又はチャンネルの両端を、ステンレス又
は曹通鋼で肉gt溶接又は鋼板を溶接する等してふさぐ
ことが望ましい。
次にこれに熱間加工を加え、断面積を縮小することによ
り、被覆ステンレス鋼管同志を接合せしめる。ここで断
面積を1/4以下にすると、ステンレス鋼管同志の充分
な接合が得られて実技に適する。この場合熱間加工の手
段としては、熱間押し出し、熱間鍛造、熱間圧延のいず
れかが簡便で、良好な結果が得られる。
次にこれを浄化装置用基体として必要な長さ、例えば5
0〜200 mに切断し、更に化学的又は電気化学的処
理により、易溶解性粉体部を溶解、除去すると、ハニカ
ム状のステンレス鋼管と、それを包む耐熱鋼の外筒が残
る。
なおここでいう化学的または電気化学的処理とは、ハニ
カムを形成する前記のステンレス鋼管と、芯材としての
易溶解性粉体とで、溶解速度に大きな差のあることが望
ましく、該粉体の溶解度積の大きい水溶液、酸溶液また
はこれに添加物を加えたもの、さらにはこれらの溶液中
での処理に際して、該基体と溶液間に電圧を加えて、選
択的あるいは優先的溶解を促進させる処理をいう。
第2図(a)〜(d)は、本発明による排ガス浄化装置
用基体の製造工程の一実施形態を模式的に示したもので
ある。同図(a)は、第1図等の方法により易溶解性粉
体lOがステンレス鋼管11内に充填された線材である
。これら線材を同図(b)の如く外筒用の耐熱鋼管12
内に多数充填して、熱押ビレットとする。
これを熱押によりさらに縮径していくと、易溶解性粉体
充填線材は、同図(C)に断面を示すように、ハニカム
形状になる。これを同図(d)に示す如く、浄化装置用
基体としての所定の長さに切断したのち、例えば硝酸溶
液などにより酸洗を行うと、易溶解性粉体10が溶解除
去され、同図(11)に見られるように、外筒の耐熱鋼
管12内に、空隙13を有するハニカム状のステンレス
鋼管11が充填された形となる。
これで浄化装置用基体が得られたわけであり、その後は
前記ハニカム状ステンレス鋼管11を触媒担体として、
ハニカム内空隙13に、たとえば貴金属触媒を含浸させ
たスラリー状のγ−AJ。
03を注入して焼付乾燥し、基体両端を所望の図示しな
いマニホールド或いはエキゾースト管などを取り付けれ
ば、直ちに排ガス浄化装置として、自動車に設置するこ
とができる。
このように本発明によれば、ろう付けの必要もなく、ス
テンレス鋼のハニカム状触媒担体と、外筒からなる浄化
装置用基体が一体物として得られ・かつ易溶解性粉体を
使用することによって、ステンレス鋼管内に挿入する工
程が簡便で、しかも熱管加工後も粉体間に微小な空間が
残存するため、棒鋼等を挿入したものに比べ溶解速度が
速く、処理時間を短縮することができる。従って本発明
は、従来技術に比較して簡便な方法で、自動車排ガス浄
化装置の量産を可能にする。
〔実施例〕
(実施例−1) 20%Cr、−5%ANの組成からなるフェライト系ス
テンレス鋼の厚さ1.O1■、巾961■の帯鋼を第1
図に示す連続ライン上で直径30.1m、内。
径1.3fiの電縫溶接管に作製し、この内部に鉄粉と
Anア03粉を重量比で7:1に混合したものを、密に
充填した後冷間圧延にて直径4flの線材を得た。
これを直線に矯正した後、長さ570龍に切断し、中心
部に粉体が充填されたステンレス線材を得た。
次に、肉厚3龍、直径210鶴、長さ575 svの1
5%Cr−4%AA!ステンレス鋼管内に上記のステン
レス線材を密に2305本挿入した。
この両端を、直径210龍、厚さ10mmの炭素鋼でふ
さぎ溶接し、外周部余盛を研削除去した。
このとき炭素鋼のふたの片方の中心部に直径1 n+の
孔をあけ、内部が密閉されないようにした。
このようにして作製した熱管加工素材を1180℃に加
熱し、熱管押出しにより直径100龍とし、外周の酸化
スケールを酸洗除去した後、長さ110寵に切断した0
次に硝酸アンモニウム(NH4NOx)と硝酸とをそれ
ぞれの濃度が、NHaNOs  i 300 g/ j
’、HNOs  i 100 g/lとなるように調整
した溶液を50℃に保ち、その中で上記により作製した
100m往X I L Q sv長の丸棒を、500 
m VvsS CEの電位一定とし、対極に表面積0.
51のグラファイト捧を用いて定電位電解により、鉄粉
とAIIZOs粉の混合粉体部のみを溶解削除した。
この結果、直径100 mm、外筒肉厚約1.7m麿、
内部ハニカム構造部の穴径約2鶴、その肉厚53−75
μm程度のハニカム構造体が得られた。
これを十分水洗した後、50℃、150g/lの硝酸溶
液中に約60sec浸漬した後、水洗乾燥した。
次に、排気量1600cc、直列4気筒のガソリンエン
ジンを空燃比13.2.15’OOrpm。
負荷トルク5kgmで運転し、この際発生する排気ガス
を、1150℃に設定した電気炉に140℃、lQ1/
minの割合で導入し、この中で上記により作成した直
径1000.長さ110關のハニカム体を30分間加熱
した後とり出して、約150℃になるまで空冷後、再度
1150℃の炉に挿入する操作を合計400回繰り返し
た。
このテスト後ハニカム部の状況を調べたところ、外観的
な損傷は認められなかった。さらに断面を調査したとこ
ろハニカム壁には厚さ3μmの緻密なAj!103皮膜
が形成されており、また外筒部にもやはり厚さ約5μm
の繊密なANzOsを主体とする酸化保護皮膜の形成が
認められた。このことは、該ハニカム体がエンジンの排
気ガス触媒担持体として十分な耐久性を有することを示
すものである。
(実施例−2) 17%Crの組成からなる厚さ1.Qmm、中96鶴の
フェライト系ステンレス帯鋼の表面および裏面に厚さ1
00μmのAA箔を軽圧下の冷間圧延により圧接し、こ
の帯鋼を第1図に示す連続ライン上で直径30.1m、
内径1.3鰭の電縫溶接管に作製した。
この内部にCaC0,粉とA1.O,粉と鉄粉を重量比
で7=1:2に混合したものを、密に充填した後冷間圧
延にて直径4uの線材を得た。これを直線に矯正した後
、長さ570龍に切断し、中心部に粉体が充填されたス
テンレス線材を得た。
次に、肉厚3龍、直径210龍、長さ575 amの1
5%Cr−4%A1ステンレス鋼管内に上記のステンレ
ス線材を密に2305本挿入し、この両端を、直径21
0m、厚さ10鶴の炭素鋼でふさぎ溶接し、外周部余盛
を研削除去した。このとき炭素鋼のふたの片方の中心部
に直径ll1mの孔をあけ内部が密閉されないようにし
た。
このようにして作製した熱管加工素材を1180℃に加
熱し、熱管押出しにより直径100flとし、外周の酸
化スケールを酸洗除去した後、長さ110 amに切断
した。これを150 g/lの硝酸溶液中に浸漬し、液
温50℃に保ちながら粉体部を溶解除去した。この際、
溶解する時間を短縮するために切断面に液流があたるよ
うに硝酸溶液を攪拌した。
この結果、直径100龍、外筒肉厚約1.7鶴、内部ハ
ニカム構造部の穴径約2鶴、その肉厚53−75μm程
度のハニカム構造体が得られた。これを十分水洗した後
、50℃、150 g/lの硝酸溶液中に約60sec
浸漬した後、水洗乾燥した。
次にこれを排ガス浄化装置としての排ガス中での耐熱性
を調べる目的で1800ccのガソリンエンジンのエキ
ゾーストマニホールドと、エキゾーストチューブの中間
にとりつけ、エンジン排ガスがこのハニカム部を通って
排気されるようにした。
そしてエンジンを4000rpm、30馬力の出力で、
通算100時間運転し、該担体の耐熱性を調べた。なお
この際のハニカム中心部の温度が、はぼ900℃になる
ようにエンジンの点火時期の調整を行った。
テストの後ハニカム部の状況を調べたが、酸化や疲労に
よる破損は何ら見られなかった。またハニカムの一部を
切り出し、走査型電子顕微鏡で観察したところ、鱗片状
のAJtO,が表面がらほぼ垂直に多数発生しているの
がみかけられた。
このことは該ハニカム部内面を担体として、通常行われ
るように、貴金属触媒を含浸させたT−AA!、0.粉
を付着させた場合、鱗片状のAl120、がγ−A12
0.粉に対してアンカーとして働き、その付着性を良好
にすることを示している。
〔発明の効果〕
以上の如く本発明は、従来技術より簡便な方法で、ステ
ンレス鋼のハニカムとその外筒を一体とすることによっ
て、通気抵抗や体積の減少を可能とし、且つ排ガスのバ
イパスのない構造とした自動車排ガス浄化装置用基体の
製造を可能にするものであって、産業上の利益はきわめ
て大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)−(b)および第2図(a)−(e)は本
発明による製造工程の一実施形態を示す模式図である。 1ニステンレス帯鋼   2:軽圧下ロール3ニガイド
ロール    4:成形ロール5:粉体供給チャンバー
 6:溶接トーチ7:アプセソトロール  8:粉体供
給ノズル9:冷間圧延ロール  10:易溶解性粉体1
1ニステンレス鋼管  12:外筒用耐熱管13空隙 代理人 弁理士  茶 野 木 立 夫第1図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)易溶解性粉体を充填したステンレス鋼管を、耐熱
    鋼管の中に密に挿入し、これを熱間加工により断面積を
    減少せしめた後、所定の長さに切断し、更に上記易溶解
    性粉体を化学的又は電気化学的処理により除去すること
    を特徴とする自動車排ガス浄化装置用基体の製造法。
  2. (2)熱間加工が、熱間押出し、熱間鍛造、熱間圧延の
    いずれかであることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の自動車排ガス浄化装置用基体の製造法。
  3. (3)熱間加工により断面積を1/4以下に減少せしめ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の自動車
    排ガス浄化装置用基体の製造法。
JP10478787A 1987-04-30 1987-04-30 自動車排ガス浄化装置用基体の製造法 Pending JPS63273517A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5780386A (en) * 1993-09-09 1998-07-14 Usui Kokusai Sangyo Kaisha, Ltd. Metallic support

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5780386A (en) * 1993-09-09 1998-07-14 Usui Kokusai Sangyo Kaisha, Ltd. Metallic support

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