JP3210535B2 - 低熱容量・低背圧の排ガス浄化用メタル担体 - Google Patents
低熱容量・低背圧の排ガス浄化用メタル担体Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車、ボイラー、発
電用等の内燃機関の排ガス浄化用に使用される触媒のメ
タル担体に関するものである。
電用等の内燃機関の排ガス浄化用に使用される触媒のメ
タル担体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】自動車、ボイラー、発電用等の内燃機関
の排ガス浄化用触媒の担体には、耐熱ステンレス鋼製の
外筒に、同ステンレス鋼製のメタルハニカム体を嵌入し
たメタル担体、あるいはセラミック製のハニカム体を嵌
入したセラミック担体が使用されている。メタル担体
は、セラミック担体に比べて熱容量が小さく、触媒が作
用する温度に早く加熱されるので、エンジン始動初期の
排ガス浄化能力が優れている。また、ハニカム体の壁
が、薄い金属箔からなるので排気抵抗が小さく、エンジ
ン出力の損失が少ないという利点を有している。
の排ガス浄化用触媒の担体には、耐熱ステンレス鋼製の
外筒に、同ステンレス鋼製のメタルハニカム体を嵌入し
たメタル担体、あるいはセラミック製のハニカム体を嵌
入したセラミック担体が使用されている。メタル担体
は、セラミック担体に比べて熱容量が小さく、触媒が作
用する温度に早く加熱されるので、エンジン始動初期の
排ガス浄化能力が優れている。また、ハニカム体の壁
が、薄い金属箔からなるので排気抵抗が小さく、エンジ
ン出力の損失が少ないという利点を有している。
【０００３】従来のメタル担体において、ハニカム体
は、排ガスに対する耐熱性を維持するため、Ａｌを含有
する耐熱ステンレス鋼箔で製造されており、箔の厚さは
５０μｍ前後のものが多かった。上記のような各種内燃
機関の排ガス浄化に際し、エンジン始動初期、ハニカム
体の温度が低く、触媒が作用する温度に達するまでの期
間は、浄化が不十分となる。したがって、より厳しい排
ガス規制に対応するには、排ガスによる触媒の昇温時間
をより短縮することのできるメタル担体が必要となる。
は、排ガスに対する耐熱性を維持するため、Ａｌを含有
する耐熱ステンレス鋼箔で製造されており、箔の厚さは
５０μｍ前後のものが多かった。上記のような各種内燃
機関の排ガス浄化に際し、エンジン始動初期、ハニカム
体の温度が低く、触媒が作用する温度に達するまでの期
間は、浄化が不十分となる。したがって、より厳しい排
ガス規制に対応するには、排ガスによる触媒の昇温時間
をより短縮することのできるメタル担体が必要となる。
【０００４】この場合、ハニカム体の箔厚をより一層薄
くすることが有効であることが、特開平６−９９０７６
号公報の開示で公知であるが、箔厚を薄くすると耐酸化
性が低下することも知られている。これに対処するため
に、特開平１−１５９３８４号公報では、２５〜４５μ
ｍ厚のＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金箔の両面に、０．２〜
２．５μｍのＡｌ層を設ける技術を提案している。しか
しながら、本発明者らの実験では、薄箔化することによ
り、耐酸化性もさることながら、ハニカム体が、使用中
に高温・高圧の排ガスによってちぎれ飛んだり、熱応力
によってつぶれたり、破断したりするトラブルが頻発
し、その対策がより重要であることを認識した。
くすることが有効であることが、特開平６−９９０７６
号公報の開示で公知であるが、箔厚を薄くすると耐酸化
性が低下することも知られている。これに対処するため
に、特開平１−１５９３８４号公報では、２５〜４５μ
ｍ厚のＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金箔の両面に、０．２〜
２．５μｍのＡｌ層を設ける技術を提案している。しか
しながら、本発明者らの実験では、薄箔化することによ
り、耐酸化性もさることながら、ハニカム体が、使用中
に高温・高圧の排ガスによってちぎれ飛んだり、熱応力
によってつぶれたり、破断したりするトラブルが頻発
し、その対策がより重要であることを認識した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、自動車、ボ
イラー、発電用等の各種内燃機関の排ガス浄化用に使用
される触媒のメタル担体であって、ハニカム体の壁厚を
薄くすることにより、触媒が作用する温度に達するまで
の昇温時間を短縮して、エンジン始動初期の浄化能力を
向上するとともに、排気抵抗を下げてエンジン出力の損
失を低減することができ、かつ箔厚の薄手化によるハニ
カム体の機械的な破壊を防止し、併せて耐酸化性の低下
にも対処したメタル担体を提供することを目的とする。
イラー、発電用等の各種内燃機関の排ガス浄化用に使用
される触媒のメタル担体であって、ハニカム体の壁厚を
薄くすることにより、触媒が作用する温度に達するまで
の昇温時間を短縮して、エンジン始動初期の浄化能力を
向上するとともに、排気抵抗を下げてエンジン出力の損
失を低減することができ、かつ箔厚の薄手化によるハニ
カム体の機械的な破壊を防止し、併せて耐酸化性の低下
にも対処したメタル担体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】上記目的を達成するため
の本発明は、Ａｌを含有する耐熱ステンレス鋼箔からな
るハニカム体で構成され、該箔の厚さｔ（μｍ）が１７
μｍ以上４０μｍ未満、７００℃における耐力が３５０
／ｔ（ｋｇｆ／ｍｍ2 ）以上であり、かつ、Ａｌ含有量
ＸＡ（重量％）と厚さｔの関係が（１）式を満足し、Ｃ
ｒ含有量ＸＣ（重量％）と厚さｔの関係が（２）式を満
足していることを特徴とする低熱容量・低背圧の排ガス
浄化用メタル担体である。 １００／ｔ≦ＸＡ≦６ （１） １０＋２００／ｔ≦ＸＣ≦３０ （２）
の本発明は、Ａｌを含有する耐熱ステンレス鋼箔からな
るハニカム体で構成され、該箔の厚さｔ（μｍ）が１７
μｍ以上４０μｍ未満、７００℃における耐力が３５０
／ｔ（ｋｇｆ／ｍｍ2 ）以上であり、かつ、Ａｌ含有量
ＸＡ（重量％）と厚さｔの関係が（１）式を満足し、Ｃ
ｒ含有量ＸＣ（重量％）と厚さｔの関係が（２）式を満
足していることを特徴とする低熱容量・低背圧の排ガス
浄化用メタル担体である。 １００／ｔ≦ＸＡ≦６ （１） １０＋２００／ｔ≦ＸＣ≦３０ （２）
【０００７】そして、耐熱ステンレス鋼箔が、Ｎｂ，Ｍ
ｏ，Ｔａ，Ｗの少なくとも１種を含有しており、該各元
素の含有量（重量％）と厚さｔ（μｍ）の関係が（３）
式を満足し、かつ、該各元素の含有量（重量％）が、Ｎ
ｂは１％以下、Ｍｏは４％以下、Ｔａは３％以下、Ｗは
４％以下であることが好ましく、さらに、重量％にて
０．０３％以上０．１５％以下の希土類元素（Ｙを含
む）を含有していることが好ましい。 ３５０／ｔ≦７＋１６．５Ｎｂ1/2 ＋１０．５Ｔａ1/2 ＋１．９Ｍｏ＋１．２Ｗ （３）
ｏ，Ｔａ，Ｗの少なくとも１種を含有しており、該各元
素の含有量（重量％）と厚さｔ（μｍ）の関係が（３）
式を満足し、かつ、該各元素の含有量（重量％）が、Ｎ
ｂは１％以下、Ｍｏは４％以下、Ｔａは３％以下、Ｗは
４％以下であることが好ましく、さらに、重量％にて
０．０３％以上０．１５％以下の希土類元素（Ｙを含
む）を含有していることが好ましい。 ３５０／ｔ≦７＋１６．５Ｎｂ1/2 ＋１０．５Ｔａ1/2 ＋１．９Ｍｏ＋１．２Ｗ （３）
【０００８】
【作用】メタル担体の低熱容量化および低背圧化を達成
するためには、ハニカム体を構成する金属箔の薄手化を
図る必要がある。本発明者らは、薄手化した箔が、メタ
ル担体の使用環境に応じて、十分な耐熱性を有するよ
う、箔の適正な成分設計を行った。ここで、十分な耐熱
性を有するとは、高温・高速の排ガスで高サイクル疲労
を起こさず、エンジン始動および停止時の温度変化に伴
う熱応力や、冷熱サイクルによる熱疲労に抗することの
できる高温強度と、耐高温酸化性を有することである。
するためには、ハニカム体を構成する金属箔の薄手化を
図る必要がある。本発明者らは、薄手化した箔が、メタ
ル担体の使用環境に応じて、十分な耐熱性を有するよ
う、箔の適正な成分設計を行った。ここで、十分な耐熱
性を有するとは、高温・高速の排ガスで高サイクル疲労
を起こさず、エンジン始動および停止時の温度変化に伴
う熱応力や、冷熱サイクルによる熱疲労に抗することの
できる高温強度と、耐高温酸化性を有することである。
【０００９】高温強度と耐酸化性が重要であることは、
箔厚が５０μｍ前後の従来のメタル担体でも同じである
が、特に薄箔で構成されたメタル担体では、排ガスによ
る箔のちぎれや、熱応力によるハニカム体のつぶれや座
屈が生じ易く、また箔の酸化によって箔中のＡｌが枯渇
して異常酸化に至るまでの時間も短くなるため、高温強
度と耐酸化性には特別に配慮する必要がある。以下に、
本発明で箔厚や箔材成分組成を規定した理由を説明す
る。
箔厚が５０μｍ前後の従来のメタル担体でも同じである
が、特に薄箔で構成されたメタル担体では、排ガスによ
る箔のちぎれや、熱応力によるハニカム体のつぶれや座
屈が生じ易く、また箔の酸化によって箔中のＡｌが枯渇
して異常酸化に至るまでの時間も短くなるため、高温強
度と耐酸化性には特別に配慮する必要がある。以下に、
本発明で箔厚や箔材成分組成を規定した理由を説明す
る。
【００１０】まず、耐熱ステンレス鋼箔の厚さについて
検討した結果、１７μｍ未満では、如何に合金設計上で
配慮しても、座屈やハニカム体のつぶれが生じ易いう
え、高温排ガスによる高サイクル疲労を生じて、ハニカ
ム体が損傷を受けあるいは破壊された。そして、４０μ
ｍ以上では、ハニカム体の背圧が高くなり、排気抵抗を
下げてエンジン出力の損失を低減する上で、従来のメタ
ルハニカム体に対する優位性を発揮できない。また４０
μｍ以上では、触媒が作用する３００℃以上の温度に加
熱されるまでの時間が、従来のメタルハニカム体のもの
に近くなる。したがって、耐熱性を有するハニカム体用
として、箔の厚さを１７μｍ以上４０μｍ未満とした。
検討した結果、１７μｍ未満では、如何に合金設計上で
配慮しても、座屈やハニカム体のつぶれが生じ易いう
え、高温排ガスによる高サイクル疲労を生じて、ハニカ
ム体が損傷を受けあるいは破壊された。そして、４０μ
ｍ以上では、ハニカム体の背圧が高くなり、排気抵抗を
下げてエンジン出力の損失を低減する上で、従来のメタ
ルハニカム体に対する優位性を発揮できない。また４０
μｍ以上では、触媒が作用する３００℃以上の温度に加
熱されるまでの時間が、従来のメタルハニカム体のもの
に近くなる。したがって、耐熱性を有するハニカム体用
として、箔の厚さを１７μｍ以上４０μｍ未満とした。
【００１１】本発明においては、ハニカム体を構成する
箔の厚さを薄くするほど、箔の高温強度を高める必要が
ある。この場合、メタル担体の昇温過程で、箔の温度が
６００〜７５０℃のとき、外筒からハニカム体にかけて
の温度勾配が最も大きくなり、このとき最大の熱歪が生
じる。そして、６００℃から７５０℃における材料強度
が低いと、温度勾配が最大となる部位の近傍部に熱歪が
集中し、薄箔担体では特に箔の座屈やハニカム体のつぶ
れを生じ易く、箔の熱疲労破壊を早める。本発明者ら
は、これらの破壊を防止するには図１の斜線部に示すよ
うに、箔材の７００℃における耐力を、箔厚ｔ（μｍ）
との関係で３５０／ｔ（ｋｇｆ／ｍｍ2 ）以上にすべき
であることを知見した。ここにおいて、６００〜７５０
℃の材料強度を７００℃で代表させたのは、７００℃の
材料強度を高くすれば、６００〜７５０℃の強度もほぼ
比例して高くなるからである。
箔の厚さを薄くするほど、箔の高温強度を高める必要が
ある。この場合、メタル担体の昇温過程で、箔の温度が
６００〜７５０℃のとき、外筒からハニカム体にかけて
の温度勾配が最も大きくなり、このとき最大の熱歪が生
じる。そして、６００℃から７５０℃における材料強度
が低いと、温度勾配が最大となる部位の近傍部に熱歪が
集中し、薄箔担体では特に箔の座屈やハニカム体のつぶ
れを生じ易く、箔の熱疲労破壊を早める。本発明者ら
は、これらの破壊を防止するには図１の斜線部に示すよ
うに、箔材の７００℃における耐力を、箔厚ｔ（μｍ）
との関係で３５０／ｔ（ｋｇｆ／ｍｍ2 ）以上にすべき
であることを知見した。ここにおいて、６００〜７５０
℃の材料強度を７００℃で代表させたのは、７００℃の
材料強度を高くすれば、６００〜７５０℃の強度もほぼ
比例して高くなるからである。
【００１２】つぎに、本発明におけるハニカム体の成分
組成について説明する。排ガスによる通常の酸化雰囲気
において、Ａｌ含有ステンレス鋼箔の表面には、Ａｌ2
Ｏ3の強固な皮膜が生成し、これが障壁となって、箔の
酸化が防止される。このため、Ａｌ2 Ｏ3 の生成に伴
い、箔に含有されるＡｌ量が消費されることになる。こ
こで、ハニカム体の表面積を一定とすれば、Ａｌ2 Ｏ3
生成のために消費されるＡｌ量は、箔の厚さに関係なく
一定であるから、箔を薄くした場合には、所要のＡｌ濃
度を高くする必要がある。
組成について説明する。排ガスによる通常の酸化雰囲気
において、Ａｌ含有ステンレス鋼箔の表面には、Ａｌ2
Ｏ3の強固な皮膜が生成し、これが障壁となって、箔の
酸化が防止される。このため、Ａｌ2 Ｏ3 の生成に伴
い、箔に含有されるＡｌ量が消費されることになる。こ
こで、ハニカム体の表面積を一定とすれば、Ａｌ2 Ｏ3
生成のために消費されるＡｌ量は、箔の厚さに関係なく
一定であるから、箔を薄くした場合には、所要のＡｌ濃
度を高くする必要がある。
【００１３】本発明者は、厚さ１７〜４０μｍのステン
レス鋼箔について、排ガスによる通常の酸化雰囲気での
耐酸化性を実験により評価した結果、箔の厚さｔ（μ
ｍ）に応じて、Ａｌ含有量ＸＡ（重量％）が、図２の曲
線ＡＢの上側（曲線ＡＢを含む）であれば問題ないこと
が判明した。曲線ＡＢを式に表すと、ＸＡ＝１００／ｔ
となる。そして、Ａｌ含有量が６％を超えると、通常の
圧延で箔まで製造するのが困難である。したがって、排
ガスによる通常の酸化雰囲気で耐酸化性を有するハニカ
ム体用として、箔の厚さｔが１７μｍ以上４０μｍ未満
で、かつＡｌ含有量ＸＡ（重量％）と箔の厚さｔ（μ
ｍ）の関係が、 １００／ｔ≦ＸＡ≦６ （１） を満足する範囲のＡｌを含有させることとした。
レス鋼箔について、排ガスによる通常の酸化雰囲気での
耐酸化性を実験により評価した結果、箔の厚さｔ（μ
ｍ）に応じて、Ａｌ含有量ＸＡ（重量％）が、図２の曲
線ＡＢの上側（曲線ＡＢを含む）であれば問題ないこと
が判明した。曲線ＡＢを式に表すと、ＸＡ＝１００／ｔ
となる。そして、Ａｌ含有量が６％を超えると、通常の
圧延で箔まで製造するのが困難である。したがって、排
ガスによる通常の酸化雰囲気で耐酸化性を有するハニカ
ム体用として、箔の厚さｔが１７μｍ以上４０μｍ未満
で、かつＡｌ含有量ＸＡ（重量％）と箔の厚さｔ（μ
ｍ）の関係が、 １００／ｔ≦ＸＡ≦６ （１） を満足する範囲のＡｌを含有させることとした。
【００１４】また、Ａｌ含有ステンレス鋼箔において、
上記のように、箔表面に形成される酸化皮膜は主として
Ａｌ2 Ｏ3 であり、酸化の進行により主としてＡｌが消
費されるが、Ｃｒも若干ながら皮膜中に存在して酸化の
進行と共に消費される。特に、Ａｌ2 Ｏ3 皮膜を健全な
状態に保持しておくためには、母材中に一定量以上のＣ
ｒが存在する必要がある。したがって、Ｃｒ含有量も箔
厚の薄いものほど多くする必要があり、本発明者らの実
験によれば、Ｃｒ含有量ＸＣ（重量％）は、 １０＋２００／ｔ≦ＸＣ≦３０ （２） とすればよいことが判明した。上限の３０は、３０％を
超えてＣｒを添加すると材質が劣化するので設けた。
上記のように、箔表面に形成される酸化皮膜は主として
Ａｌ2 Ｏ3 であり、酸化の進行により主としてＡｌが消
費されるが、Ｃｒも若干ながら皮膜中に存在して酸化の
進行と共に消費される。特に、Ａｌ2 Ｏ3 皮膜を健全な
状態に保持しておくためには、母材中に一定量以上のＣ
ｒが存在する必要がある。したがって、Ｃｒ含有量も箔
厚の薄いものほど多くする必要があり、本発明者らの実
験によれば、Ｃｒ含有量ＸＣ（重量％）は、 １０＋２００／ｔ≦ＸＣ≦３０ （２） とすればよいことが判明した。上限の３０は、３０％を
超えてＣｒを添加すると材質が劣化するので設けた。
【００１５】ここで、本発明において、箔の高温強度
を、前記のように７００℃での耐力が３５０／ｔ（ｋｇ
ｆ／ｍｍ2 ）以上となるように高めるには、鉄と原子半
径のやゝ異なる元素を固溶させたり、あるいは、高温で
安定な析出物が分散して析出するような析出物形成元素
等を添加するのが有効である。特に、Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔ
ａ，Ｗの少なくとも１種を重量％で（３）式を満足する
ように添加することが好ましい。ただし、これらの元素
は、過剰に添加すると、多量の析出物を生じるなど、材
質の劣化をきたすので、添加量の上限を、Ｎｂは１％、
Ｍｏは４％、Ｔａは３％、Ｗは４％とする。 ３５０／ｔ≦７＋１６．５Ｎｂ1/2 ＋１０．５Ｔａ1/2 ＋１．９Ｍｏ＋１．２Ｗ （３）
を、前記のように７００℃での耐力が３５０／ｔ（ｋｇ
ｆ／ｍｍ2 ）以上となるように高めるには、鉄と原子半
径のやゝ異なる元素を固溶させたり、あるいは、高温で
安定な析出物が分散して析出するような析出物形成元素
等を添加するのが有効である。特に、Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔ
ａ，Ｗの少なくとも１種を重量％で（３）式を満足する
ように添加することが好ましい。ただし、これらの元素
は、過剰に添加すると、多量の析出物を生じるなど、材
質の劣化をきたすので、添加量の上限を、Ｎｂは１％、
Ｍｏは４％、Ｔａは３％、Ｗは４％とする。 ３５０／ｔ≦７＋１６．５Ｎｂ1/2 ＋１０．５Ｔａ1/2 ＋１．９Ｍｏ＋１．２Ｗ （３）
【００１６】また本発明において、排ガスによる箔の耐
酸化性に関し、通常は、排気ガスの温度が９００℃以下
であるが、特に排気ガスの温度が９００℃を超える場合
は、箔の耐高温酸化性をより高める必要がある。そのた
め、本発明では、重量％にて０．０３％以上０．１５％
以下の希土類元素（Ｙを含む）を添加することが好まし
い。ここで、希土類元素はＹを含み、原子番号５７のＬ
ａから７１のＬｕまでをいい、また、個々の元素に分離
精製されてない、Ｌａ、Ｃｅ等の軽希土類元素の集合体
（ミッシュメタル）を添加する場合もある。本明細書で
はこの集合体をランタノイド（Ｌｎ）と記す。これら希
土類元素の合計が０．０３％未満では、９００℃を超え
る過酷な酸化雰囲気での耐高温酸化性の改善効果が不足
し、０．１５％を超えて添加すると耐酸化性が低下する
うえ、熱間加工性も悪化して熱間圧延が困難になる。
酸化性に関し、通常は、排気ガスの温度が９００℃以下
であるが、特に排気ガスの温度が９００℃を超える場合
は、箔の耐高温酸化性をより高める必要がある。そのた
め、本発明では、重量％にて０．０３％以上０．１５％
以下の希土類元素（Ｙを含む）を添加することが好まし
い。ここで、希土類元素はＹを含み、原子番号５７のＬ
ａから７１のＬｕまでをいい、また、個々の元素に分離
精製されてない、Ｌａ、Ｃｅ等の軽希土類元素の集合体
（ミッシュメタル）を添加する場合もある。本明細書で
はこの集合体をランタノイド（Ｌｎ）と記す。これら希
土類元素の合計が０．０３％未満では、９００℃を超え
る過酷な酸化雰囲気での耐高温酸化性の改善効果が不足
し、０．１５％を超えて添加すると耐酸化性が低下する
うえ、熱間加工性も悪化して熱間圧延が困難になる。
【００１７】本発明の排ガス浄化用メタル担体は、ハニ
カム体が厚さ１７μｍ以上４０μｍ未満の薄手の耐熱ス
テンレス鋼箔で形成され、熱容量が小さいので、エンジ
ン始動初期、触媒が作用する３００℃以上の温度に達す
るまでの時間が短縮され、排ガス浄化能力が向上する。
さらに、ハニカム体の排気抵抗が低下し、エンジン出力
の損失を低減することができる。
カム体が厚さ１７μｍ以上４０μｍ未満の薄手の耐熱ス
テンレス鋼箔で形成され、熱容量が小さいので、エンジ
ン始動初期、触媒が作用する３００℃以上の温度に達す
るまでの時間が短縮され、排ガス浄化能力が向上する。
さらに、ハニカム体の排気抵抗が低下し、エンジン出力
の損失を低減することができる。
【００１８】そして、このように薄手化したハニカム体
であっても、構成材料のステンレス鋼成分が、目的に応
じ適正に設計されているので、特別に厳しいエンジンの
運転状態を除いて、使用時に座屈するようなことはな
く、エンジン始動時および停止時の温度変化による熱応
力、およびエンジン稼働時の高温高サイクル疲労による
破壊を生じることもない。さらに、必要な耐酸化性も確
保されていて問題ない。
であっても、構成材料のステンレス鋼成分が、目的に応
じ適正に設計されているので、特別に厳しいエンジンの
運転状態を除いて、使用時に座屈するようなことはな
く、エンジン始動時および停止時の温度変化による熱応
力、およびエンジン稼働時の高温高サイクル疲労による
破壊を生じることもない。さらに、必要な耐酸化性も確
保されていて問題ない。
【００１９】
実施例１： 表１に示す各化学組成の１５〜３８μｍ厚
のステンレス鋼箔を試作し、このうち３０μｍ厚さの箔
で、波付け加工したものと、波付けしない平箔とを重ね
て巻回し、直径７８ｍｍ長さ１０５ｍｍのハニカム体を
製作した。これを厚さ１ｍｍのステンレス鋼製外筒に嵌
入し、ハニカム内およびハニカムと外筒の間を部分的に
ろう付けし、直径８０ｍｍのメタル担体を試作した。箔
製造の過程で厚さ２ｍｍの板から高温引張試験片を採取
し、７００℃での耐力を測定した結果を、合金組成から
計算によって算出したものと比較して表１に示す。さら
に、各箔の１５〜３８μｍの４種類の厚さの平箔につい
て、耐酸化性の試験を行った結果を併せて表１に示す。
なお、表１において高温耐力の計算値は、（３）式の右
辺の値である。
のステンレス鋼箔を試作し、このうち３０μｍ厚さの箔
で、波付け加工したものと、波付けしない平箔とを重ね
て巻回し、直径７８ｍｍ長さ１０５ｍｍのハニカム体を
製作した。これを厚さ１ｍｍのステンレス鋼製外筒に嵌
入し、ハニカム内およびハニカムと外筒の間を部分的に
ろう付けし、直径８０ｍｍのメタル担体を試作した。箔
製造の過程で厚さ２ｍｍの板から高温引張試験片を採取
し、７００℃での耐力を測定した結果を、合金組成から
計算によって算出したものと比較して表１に示す。さら
に、各箔の１５〜３８μｍの４種類の厚さの平箔につい
て、耐酸化性の試験を行った結果を併せて表１に示す。
なお、表１において高温耐力の計算値は、（３）式の右
辺の値である。
【００２０】耐酸化性の試験は、使用される排気ガスの
最高温度より１００℃だけ高い温度で大気中２００時間
の連続加熱試験を行えばよいことが経験的に判ってい
る。すなわち、希土類元素を含まない１〜６の合金箔に
ついては、８５０℃で使用されることを想定し、９５０
℃×２００時間の試験を、また希土類元素を含有する７
〜１２の合金については、９５０℃で使用されることを
想定して、１０５０℃×２００時間の試験を行った。表
１において、耐酸化性評価の○は試験後も健全酸化状態
でＡｌ2 Ｏ3 皮膜が全面をカバーした状態を示す。△は
一部にＦｅ系の黒い異常酸化スポットが生じたことを示
す。また×は箔の多くの部分に異常酸化が発生したこと
を示す。さらに、試作した各メタル担体に触媒を担持さ
せ、排気量２０００ｃｃのガソリンエンジンのエキゾー
ストマニホールド直下に装着して耐久強度試験を行っ
た。各メタル担体について、ハニカム体の損傷状況の評
価結果を表１に示す。
最高温度より１００℃だけ高い温度で大気中２００時間
の連続加熱試験を行えばよいことが経験的に判ってい
る。すなわち、希土類元素を含まない１〜６の合金箔に
ついては、８５０℃で使用されることを想定し、９５０
℃×２００時間の試験を、また希土類元素を含有する７
〜１２の合金については、９５０℃で使用されることを
想定して、１０５０℃×２００時間の試験を行った。表
１において、耐酸化性評価の○は試験後も健全酸化状態
でＡｌ2 Ｏ3 皮膜が全面をカバーした状態を示す。△は
一部にＦｅ系の黒い異常酸化スポットが生じたことを示
す。また×は箔の多くの部分に異常酸化が発生したこと
を示す。さらに、試作した各メタル担体に触媒を担持さ
せ、排気量２０００ｃｃのガソリンエンジンのエキゾー
ストマニホールド直下に装着して耐久強度試験を行っ
た。各メタル担体について、ハニカム体の損傷状況の評
価結果を表１に示す。
【００２１】エンジン試験は、５０００ｒｐｍフルスロ
ットル５分、エンジン停止・冷却１０分の冷熱行程を１
２００回繰返すエンジンベンチ試験を行って、５０〜１
００回毎に点検して評価したものである。表１に示すと
おり、（１），（２），（３）式にｔ＝３０を代入して
これらを満足する合金組成のものは、３０μｍ箔担体と
して７００℃耐力の合格レベルである１１．７ｋｇｆ／
ｍｍ2 以上の耐力を示し、また耐酸化性の試験にも合
格、エンジンベンチによる１２００回の冷熱耐久試験に
も耐え、ハニカムの局部的な破壊も生じなかったが、上
記各式のいずれかを満足しない箔組成のものでは、熱疲
労破壊によるハニカムのずれ、または異常酸化を生じ
た。
ットル５分、エンジン停止・冷却１０分の冷熱行程を１
２００回繰返すエンジンベンチ試験を行って、５０〜１
００回毎に点検して評価したものである。表１に示すと
おり、（１），（２），（３）式にｔ＝３０を代入して
これらを満足する合金組成のものは、３０μｍ箔担体と
して７００℃耐力の合格レベルである１１．７ｋｇｆ／
ｍｍ2 以上の耐力を示し、また耐酸化性の試験にも合
格、エンジンベンチによる１２００回の冷熱耐久試験に
も耐え、ハニカムの局部的な破壊も生じなかったが、上
記各式のいずれかを満足しない箔組成のものでは、熱疲
労破壊によるハニカムのずれ、または異常酸化を生じ
た。
【００２２】
【表１】
【００２３】実施例２： 表１のＮｏ．９の合金箔につ
いて、厚さ１５、２０、３０、３８、４０、５０μｍの
箔を試作し、実施例１と同様の担体を製造して、エンジ
ンに装着し、回転数を５０００ｒｐｍにしたときの圧損
をマノメーターにより測定した。５０μｍ箔担体の圧損
を１．００としたときの各担体の圧損比を表２に示す。
これらの結果が示すように、箔厚が薄くなるにしたが
い、確実に圧損は低くなることが判る。
いて、厚さ１５、２０、３０、３８、４０、５０μｍの
箔を試作し、実施例１と同様の担体を製造して、エンジ
ンに装着し、回転数を５０００ｒｐｍにしたときの圧損
をマノメーターにより測定した。５０μｍ箔担体の圧損
を１．００としたときの各担体の圧損比を表２に示す。
これらの結果が示すように、箔厚が薄くなるにしたが
い、確実に圧損は低くなることが判る。
【００２４】
【表２】
【００２５】実施例３： 実施例２の各厚さの箔を使用
した担体に触媒を担持させ、排気量２０００ｃｃのガソ
リンエンジンのエキゾーストマニホールド直下に装着
し、エンジンを始動させ、回転数１６００ｒｐｍ，吸入
空気圧−５０ｋＰａのやゝ負荷をかけた状態で運転し
て、担体中心部の温度が３００℃に達するまでの時間を
測定した。３００℃は、触媒が作用する最低温度であ
る。その結果、表３に示すように、３００℃までの到達
時間は箔厚の増加とともに長くなるが、その傾向は、箔
圧の大きい方で飽和気味となる。すなわち、箔厚が４０
μｍのものは、５０μｍのものに近い時間を示し、薄手
化の効果は、実施例２の背圧の場合と同様、厚さ４０μ
ｍ未満で顕著になることがわかる。
した担体に触媒を担持させ、排気量２０００ｃｃのガソ
リンエンジンのエキゾーストマニホールド直下に装着
し、エンジンを始動させ、回転数１６００ｒｐｍ，吸入
空気圧−５０ｋＰａのやゝ負荷をかけた状態で運転し
て、担体中心部の温度が３００℃に達するまでの時間を
測定した。３００℃は、触媒が作用する最低温度であ
る。その結果、表３に示すように、３００℃までの到達
時間は箔厚の増加とともに長くなるが、その傾向は、箔
圧の大きい方で飽和気味となる。すなわち、箔厚が４０
μｍのものは、５０μｍのものに近い時間を示し、薄手
化の効果は、実施例２の背圧の場合と同様、厚さ４０μ
ｍ未満で顕著になることがわかる。
【００２６】
【表３】
【００２７】
【発明の効果】本発明は、自動車、ボイラー、発電用等
の内燃機関の排ガス浄化用に使用される触媒のメタル担
体であって、ハニカム体が厚さ１７μｍ以上４０μｍ未
満の薄手の耐熱ステンレス鋼箔で形成されているので、
熱容量が小さく、エンジン始動初期、触媒が作用する３
００℃以上の温度に達する時間が短縮され、排ガスの初
期浄化能力が向上する。さらに、ハニカム体の排気抵抗
が低下し、エンジン出力の損失を低減することができ
る。
の内燃機関の排ガス浄化用に使用される触媒のメタル担
体であって、ハニカム体が厚さ１７μｍ以上４０μｍ未
満の薄手の耐熱ステンレス鋼箔で形成されているので、
熱容量が小さく、エンジン始動初期、触媒が作用する３
００℃以上の温度に達する時間が短縮され、排ガスの初
期浄化能力が向上する。さらに、ハニカム体の排気抵抗
が低下し、エンジン出力の損失を低減することができ
る。
【００２８】そして、このように薄手化したハニカム体
であっても、構成材料のステンレス鋼成分が、目的に応
じ適正に設計されているので、使用時に座屈するような
ことがなく、エンジン始動時および停止時の温度変化に
よる熱応力、およびエンジン稼働時の高温高サイクル疲
労による破壊を生じることもない。さらに、耐酸化性も
問題ない。したがって、本発明は、環境対策および省エ
ネ対策に大きく貢献するものである。
であっても、構成材料のステンレス鋼成分が、目的に応
じ適正に設計されているので、使用時に座屈するような
ことがなく、エンジン始動時および停止時の温度変化に
よる熱応力、およびエンジン稼働時の高温高サイクル疲
労による破壊を生じることもない。さらに、耐酸化性も
問題ない。したがって、本発明は、環境対策および省エ
ネ対策に大きく貢献するものである。
【図１】本発明における箔の厚さと７００℃における材
料強度の関係を示すグラフである。
料強度の関係を示すグラフである。
【図２】本発明における箔の厚さとＡｌ含有量の範囲を
示す図である。
示す図である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｃ 38/26 Ｂ０１Ｄ 53/36 ＺＡＢＣ (72)発明者 太田 仁史 愛知県東海市東海町５−３ 新日本製鐵 株式会社 名古屋製鐵所内 (56)参考文献 特開 昭55−155737（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−277378（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01J 21/00 - 37/36 B01D 53/86
Claims (3)
- 【請求項１】 Ａｌを含有する耐熱ステンレス鋼箔から
なるハニカム体で構成され、該箔の厚さｔ（μｍ）が１
７μｍ以上４０μｍ未満、７００℃における耐力が３５
０／ｔ（ｋｇｆ／ｍｍ2 ）以上であり、かつ、Ａｌ含有
量ＸＡ（重量％）と厚さｔの関係が（１）式を満足し、
Ｃｒ含有量ＸＣ（重量％）と厚さｔの関係が（２）式を
満足していることを特徴とする低熱容量・低背圧の排ガ
ス浄化用メタル担体。 １００／ｔ≦ＸＡ≦６ （１） １０＋２００／ｔ≦ＸＣ≦３０ （２） - 【請求項２】 耐熱ステンレス鋼箔が、Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔ
ａ，Ｗの少なくとも１種を含有しており、該各元素の含
有量（重量％）と厚さｔ（μｍ）の関係が（３）式を満
足し、かつ、該各元素の含有量（重量％）が、Ｎｂは１
％以下、Ｍｏは４％以下、Ｔａは３％以下、Ｗは４％以
下であることを特徴とする請求項１記載の低熱容量・低
背圧の排ガス浄化用メタル担体。 ３５０／ｔ≦７＋１６．５Ｎｂ1/2 ＋１０．５Ｔａ1/2 ＋１．９Ｍｏ＋１．２Ｗ （３） - 【請求項３】 耐熱ステンレス鋼箔が、重量％にて０．
０３％以上０．１５％以下の希土類元素（Ｙを含む）を
含有していることを特徴とする請求項２記載の低熱容量
・低背圧の排ガス浄化用メタル担体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31632394A JP3210535B2 (ja) | 1994-12-20 | 1994-12-20 | 低熱容量・低背圧の排ガス浄化用メタル担体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31632394A JP3210535B2 (ja) | 1994-12-20 | 1994-12-20 | 低熱容量・低背圧の排ガス浄化用メタル担体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08168680A JPH08168680A (ja) | 1996-07-02 |
| JP3210535B2 true JP3210535B2 (ja) | 2001-09-17 |
Family
ID=18075856
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31632394A Expired - Lifetime JP3210535B2 (ja) | 1994-12-20 | 1994-12-20 | 低熱容量・低背圧の排ガス浄化用メタル担体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3210535B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011122503A1 (ja) | 2010-03-30 | 2011-10-06 | Ｊｆｅスチール株式会社 | ステンレス箔およびその箔を用いた排ガス浄化装置用触媒担体 |
| WO2012137792A1 (ja) | 2011-04-01 | 2012-10-11 | Ｊｆｅスチール株式会社 | ステンレス箔およびその箔を用いた排ガス浄化装置用触媒担体 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19814132A1 (de) | 1998-03-30 | 1999-10-14 | Emitec Emissionstechnologie | Wabenkörper mit Adsorbermaterial, insbesondere für eine Kohlenwasserstoff-Falle |
| JP2002105606A (ja) * | 2000-07-27 | 2002-04-10 | Nippon Steel Corp | Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金 |
| EP1580288B1 (en) | 2002-11-20 | 2014-11-12 | Nippon Steel & Sumikin Materials Co., Ltd. | High al stainless steel sheet, honeycomb bodies employing the steel sheet and use of the steel sheet for a honeycomb body |
| SE527742C2 (sv) * | 2004-02-23 | 2006-05-30 | Sandvik Intellectual Property | Ferritiskt stål för högtemperaturtillämpningar, sätt att framställa detta, produkt och användning av stålet |
-
1994
- 1994-12-20 JP JP31632394A patent/JP3210535B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011122503A1 (ja) | 2010-03-30 | 2011-10-06 | Ｊｆｅスチール株式会社 | ステンレス箔およびその箔を用いた排ガス浄化装置用触媒担体 |
| US9273382B2 (en) | 2010-03-30 | 2016-03-01 | Jfe Steel Corporation | Stainless steel foil and catalyst carrier for exhaust gas purifying device using the foil |
| WO2012137792A1 (ja) | 2011-04-01 | 2012-10-11 | Ｊｆｅスチール株式会社 | ステンレス箔およびその箔を用いた排ガス浄化装置用触媒担体 |
| US9624563B2 (en) | 2011-04-01 | 2017-04-18 | Jfe Steel Corporation | Stainless steel foil and catalyst carrier for exhaust gas purifying device using the foil |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08168680A (ja) | 1996-07-02 |
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