(57)【要約】【課題】優れた耐高温水蒸気酸化性を有する安価な自動車の燃料電池システム用熱交換器を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０.０３％以下，Ｓi：０.１超え〜１.０％，Ｍn：１.５％以下，Ｃr：１５〜２０％，Ｓ：０.０１％以下，Ｎ：０.０３％以下，Ｍo：０〜３.０％，Ｎb：０〜０.８０％，Ｔi：０〜０.５０％，Ｃu：０〜１.０％、残部がＦeおよび不可避的不純物からなり、Ｎｏ.４仕上げ等により研磨仕上げされた鋼材を、下記Ａ条件でロウ付けして製造される自動車の燃料電池システム用熱交換器。〔Ａ条件〕研磨仕上げされた鋼材の表面に研磨歪みが存在している状態で、大気の真空排気により酸素分圧を１×１０-5〜１×１０-2Ｐａとした９００〜１２５０℃の減圧雰囲気下に１０〜３６００秒保持する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０.０３％以下，Ｓi：０.１超え〜１.０％，Ｍn：１.５％以下，Ｃr：１５〜２０％，Ｓ：０.０１％以下，Ｎ：０.０３％以下，Ｍo：０〜３.０％，Ｎb：０〜０.８０％，Ｔi：０〜０.５０％，Ｃu：０〜１.０％、残部がＦeおよび不可避的不純物からなり、ＪＩＳ Ｒ ６００１に規定される５０番以上の番手で研磨仕上げされた鋼材を、５００〜８００℃の高温水蒸気に接触する部材となるように配置して、下記Ａ条件でロウ付けを行って製造される自動車の燃料電池システム用熱交換器。
〔Ａ条件〕研磨仕上げされた鋼材の表面に研磨歪みが存在している状態で、大気の真空排気により酸素分圧を１×１０-5〜１×１０-2Ｐａとした９００〜１２５０℃の減圧雰囲気下に１０〜３６００秒保持する。
【請求項２】
質量％で、Ｃ：０.０３％以下，Ｓi：０.１超え〜１.０％，Ｍn：１.５％以下，Ｃr：１５〜２０％，Ｓ：０.０１％以下，Ｎ：０.０３％以下，Ｍo：０〜３.０％，Ｎb：０〜０.８０％，Ｔi：０〜０.５０％，Ｃu：０〜１.０％、残部がＦeおよび不可避的不純物からなり、ＪＩＳ Ｇ ４３０５に規定されるＮｏ.４仕上げにより研磨仕上げされた鋼材を、５００〜８００℃の高温水蒸気に接触する部材となるように配置して、下記Ａ条件でロウ付けを行って製造される自動車の燃料電池システム用熱交換器。
〔Ａ条件〕研磨仕上げされた鋼材の表面に研磨歪みが存在している状態で、大気の真空排気により酸素分圧を１×１０-5〜１×１０-2Ｐａとした９００〜１２５０℃の減圧雰囲気下に１０〜３６００秒保持する。
【請求項３】
前記ロウ付けがＮiロウ付けである請求項１または２に記載の自動車の燃料電池システム用熱交換器。
【請求項４】
前記研磨仕上げされた鋼材に由来する熱交換器の部材は、５０体積％Ｈ2Ｏ＋５０体積％Ｎ2，６００℃の雰囲気下に１０００時間保持する耐高温水蒸気試験に供したとき、その試験前後における質量増加が０.３ｍｇ／ｃｍ2以下となる耐高温水蒸気酸化性を有するものである請求項１または２に記載の自動車の燃料電池システム用熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の燃料電池システムに用いる耐高温水蒸気酸化性に優れた熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の動力源として、内燃機関に替わる新しいシステムの実用化に向けた研究が進められている。その１つとして、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）が注目されている。
ＰＥＦＣの電池作動温度は７０〜１００℃程度と低いが、自動車用途の場合は起動時間短縮のため、起動時には作動温度まで急速に昇温させる必要がある。また、限られた搭載スペースでエネルギーを賄うためにシステムのエネルギー効率向上が重要となる。さらに、ガソリン等の改質により水素を発生させるためには、改質器を８００℃程度の高温で作動させる必要がある。このような事情から、自動車の燃料電池システムにおいては５００〜８００℃の高温で耐久性を有する高温熱交換器が不可欠となっている。
【０００３】
図１に、高温熱交換器の一例として、直交型熱交換器の構造を模式的に示している。平板状のプレート１の間に、波板からなるフィン２を１層毎に流体の通過方向が直交するように交互に挟んで組み立てられている。各プレート１とフィン２は、通常、Ｎiロウなどを用いてロウ付けされる。プレート１は板厚０.１〜２ｍｍ程度、フィン２は板厚０.０１〜１ｍｍ程度の金属板で作られている。従来、これらの金属部材にはＳＵＳ３１０Ｓなどのオーステナイト系ステンレス鋼や、インコロイ８００系の鉄基高合金が使われていた。
【０００４】
自動車用の燃料電池システム（ＰＥＦＣタイプ）では、改質器で発生するバーナーの燃焼排ガスを熱交換器で冷却し、その熱は例えば水素ガスを加湿するための加湿器に利用される。バーナーの燃焼排ガスは５００〜８００℃と高温であり、ガス成分にはＨ2Ｏ（水蒸気）が多量に含まれるとともにＯ2，Ｈ2，ＣＯ2，ＣＯ，ＨＣ等が混在する。一方、その熱を受け取る側の流体も、水や水蒸気に富んだものが使用されることが多い。したがって、この用途の熱交換器は、高温の水蒸気や水素に曝される環境で優れた耐久性を呈するものでなければならない。また、自動車用途では頻繁に起動・停止が繰り返されるため、熱膨張係数の低い材料で構成することが望まれる。
【０００５】
従来材である上記ＳＵＳ３０１Ｓはオーステナイト系であるため、本来的にフェライト系鋼種よりも高温水蒸気には強く、高温強度も比較的高い。しかし素材コストが高いこと、熱膨張係数が大きいことなど、問題も多い。インコロイ８００系はさらに高価である。燃料電池システムを自動車の動力源として普及させるにはコスト低減が重要なキーポイントの１つになっていることから、熱交換器はできるだけ低廉なフェライト系鋼種で構成することが望まれる。熱膨張係数の面でもフェライト系鋼が有利である。
【０００６】
下記特許文献１には、高温水蒸気雰囲気に曝される石油系燃料改質器の環境を考慮したフェライト系ステンレス鋼が記載されている。これは耐高温水蒸気酸化性を改善するためにＳiとＡlの含有量を高くする手段を採用している。
特許文献２にも燃料改質器にフェライト系ステンレス鋼を適用した例が示されている。これは２.５％以上のＡlを含有させることによって耐水蒸気酸化性を改善している。
【０００７】
一方、特許文献３には熱交換器用のフェライト系ステンレス鋼が記載されている。ただし、高温水蒸気雰囲気での使用は想定されておらず、燃料電池システムの高温熱交換器として耐え得るフェライト系鋼材を実現する手法は未知である。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１６０８４０号公報
【特許文献２】特開２００３−２８６００５号公報
【特許文献３】特開平７−２９２４４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述のように、自動車用燃料電池システムの普及には高温熱交換器のコスト低減が欠かせない。従来のＳＵＳ３１０Ｓやインコロイ８００系の合金は高価であり、安価な材料との代替要求が強い。また熱膨張係数が小さいフェライト系鋼種への変更が望まれる。
特許文献１，２に開示のフェライト系鋼は耐水蒸気酸化性の向上を意図したものである。しかし、Ａl含有量が高いためロウ付け性に劣る。したがって、これらは熱交換器用に最適な材料とは言えない。また、ＳiやＡl含有量が高いので、自動車用燃料電池システムの熱交換器用途としてはまだコストが高すぎる。
一方、特許文献３のフェライト系鋼をそのまま高温水蒸気雰囲気に用いても充分な耐久性は期待できない。
【００１０】
本発明はこのような現状に鑑み、安価なフェライト系鋼種を用いて、５００〜８００℃という高温水蒸気雰囲気で使用可能な優れた耐久性を付与した自動車の燃料電池システム用熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明者らの詳細な検討の結果、安価なフェライト系ステンレス鋼であっても、表面に研磨歪みを導入した後、特定の酸化性減圧雰囲気下で加熱処理を施すと、高温水蒸気雰囲気での耐久性を顕著に改善できることがわかった。すなわち、研磨歪みの作用により、優れた耐高温水蒸気酸化性を示す保護皮膜を形成させることが可能となる。しかも、熱交換器を組み立てる際に行われるロウ付けの処理によって、前記の保護皮膜を形成させるための処理を兼ねることができるのである。
本発明はこれらの知見に基づいて完成したものである。
【００１２】
すなわち、上記目的は、質量％で、Ｃ：０.０３％以下，Ｓi：０.１超え〜１.０％，Ｍn：１.５％以下，Ｃr：１５〜２０％，Ｓ：０.０１％以下，Ｎ：０.０３％以下，Ｍo：０〜３.０％，Ｎb：０〜０.８０％，Ｔi：０〜０.５０％，Ｃu：０〜１.０％、残部がＦeおよび不可避的不純物からなる鋼材であって、ＪＩＳ Ｒ ６００１に規定される５０番以上の番手で研磨仕上げされた鋼材あるいはＪＩＳ Ｇ ４３０５に規定されるＮｏ.４仕上げにより研磨仕上げされた鋼材を、５００〜８００℃の高温水蒸気に接触する部材となるように配置して、下記Ａ条件でＮiロウ付けなどのロウ付けを行って製造される自動車の燃料電池システム用熱交換器によって達成される。
〔Ａ条件〕研磨仕上げされた鋼材の表面に研磨歪みが存在している状態で、大気の真空排気により酸素分圧を１×１０-5〜１×１０-2Ｐａとした９００〜１２５０℃の減圧雰囲気下に１０〜３６００秒保持する。
【００１３】
ここで、Ｍo，Ｎb，Ｔi，Ｃuは任意添加元素である。下限０％は、当該元素が無添加であり、かつ含有量が通常の製鋼現場での分析手法で測定限界以下である場合を意味する。
「研磨仕上げされた鋼材の表面に研磨歪みが存在している状態」とは、研磨仕上げされた後に熱処理などによって研磨歪みが除去されていない状態をいう。
【００１４】
また本発明では、前記熱交換器において特に、前記研磨仕上げされた鋼材に由来する熱交換器の部材が「５０体積％Ｈ2Ｏ＋５０体積％Ｎ2，６００℃の雰囲気下に１０００時間保持する耐高温水蒸気試験に供したとき、その試験前後における質量増加が０.３ｍｇ／ｃｍ2以下となる耐高温水蒸気酸化性」を有する熱交換器を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は以下のようなメリットを有するものである。
（１）素材が安価なフェライト系ステンレス鋼であるから、自動車用燃料電池システムのコスト低減に寄与できる。
（２）フェライト系ステンレス鋼は熱膨張係数が小さいため、昇温・降温の繰り返しが多い自動車用燃料電池システムに求められる熱疲労特性にも優れる。
（３）素材は高Ａl化の手法を採用していないのでロウ付け性が良好である。
（４）熱交換器を組み立てるロウ付け工程の加熱処理において、耐高温水蒸気酸化性を向上させるための熱処理を兼ねることができるので、製造性や製造コスト面でも有利である。
したがって本発明は、自動車用の燃料電池システムの普及に貢献し得るものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
フェライト系ステンレス鋼はオーステナイト系よりも熱膨張係数が小さく、熱疲労特性に優れている。しかし、多量の水蒸気を含む高温雰囲気に曝されると、一般的にオーステナイト系鋼よりも容易に酸化が進行する。すなわち、５００℃以上の高温水蒸気雰囲気で酸化量が増大し、赤褐色のスケール（通称「赤スケール」）が多量に生成する。この水蒸気酸化は部材の穴あきを招き、また生成した赤スケールは配管系統の目詰まり等のトラブルを引き起こす。
【００１７】
水蒸気酸化のメカニズムは未だ十分解明されていない。ただ、高温水蒸気雰囲気に曝したときにステンレス鋼材表面に生成する初期の酸化皮膜を安定化させることによって、水蒸気酸化を抑制できることがわかっている。特許文献１に開示されるＳiとＡlの複合添加や、特許文献２に開示される高Ａl化は、そのような酸化皮膜の安定化を実現するための手段である。
【００１８】
本発明者らは、ＳiやＡlの添加に頼らずに高温水蒸気雰囲気下で優れた保護作用を発揮する皮膜を形成させる手法を検討してきた。その結果、表面に研磨歪みを付与した状態で「酸化性の高温減圧雰囲気」に曝す手法が極めて有効であることを見出した。
フェライト系ステンレス鋼の表面を機械的に研磨すると、金属表層には転位や滑り帯が多数形成され、表層から５０〜１００μｍ程度の深さまで研磨歪みを導入することができる。この表層部における歪みが、高温加熱時にＣrおよびＳiの表層への拡散を促進し、結果として、酸化のごく初期の段階で鋼材表層に保護的な酸化皮膜が迅速に形成されると考えられる。
【００１９】
具体的には以下のようにして保護皮膜の形成された熱交換器を得ることができる。
まず、後述のように成分調整されたフェライト系ステンレス鋼を用いて、通常の方法により熱交換器部材を構成する素材（例えば鋼板）を製造し、その表面に研磨歪みを付与する。図１のような直交型熱交換器の場合、フィンの部材はコルゲート加工等の成形加工により作られるが、成形前の鋼板の段階で研磨歪みを付与し、その後成形加工すれば問題ない。
【００２０】
研磨歪みを付与する手段としては、ＪＩＳ Ｒ ６００１に規定される５０番以上の番手で研磨仕上げする手段が採用できる。あまり研磨番手が高い（目が細かい）と生産性に劣るので、６００番以下で行うことが望ましい。番手の異なる研磨を順次施してもよい。また、ＪＩＳ Ｇ ４３０５に規定されるＮｏ.４研磨仕上げを施すことによっても充分な研磨歪みが導入される。
【００２１】
次に、上記のように研磨され、必要に応じて成形加工された鋼材を、研磨歪みが存在している状態のままで５００〜８００℃の高温水蒸気に接触する部材となるように配置して、ロウ付け処理に供する。ロウ付けとしてはＮiロウ付けが好適である。
ロウ付けに際しては、各構成部材をロウ材とともに酸化性の高温減圧雰囲気に保持する。具体的には下記Ａ条件でロウ付け処理を行う。
〔Ａ条件〕研磨仕上げされた鋼材の表面に研磨歪みが存在している状態で、大気の真空排気により酸素分圧を１×１０-5〜１×１０-2Ｐａとした９００〜１２５０℃の減圧雰囲気下に１０〜３６００秒保持する。
【００２２】
加熱温度９００℃以上、保持時間１０秒以上とすることでＮiロウを溶融させることができる。ただし、１２５０℃以上になると鋼材の結晶粒が粗大化し、強度が著しく低下してしまう。また、３６００秒以上の長時間加熱は不経済である。
酸素分圧が１×１０-5Ｐａ未満だと表面に保護皮膜を形成させるに足る充分な酸素が供給されない。逆に酸素分圧が１×１０-2Ｐａを超えるとロウが溶融する前にＮiロウおよび素材が酸化してしまい、良好なロウ接合が行えない。なお、この熱処理雰囲気は酸化性の減圧雰囲気である必要がある。そのような減圧雰囲気は大気を真空排気することによって容易に得られる。
【００２３】
このＡ条件の加熱によってロウ付けによる接合が実現されると同時に、高温水蒸気雰囲気で優れた耐久性を発揮する保護皮膜が鋼材表面に形成される。この保護皮膜の形成は、前述のように研磨歪みの作用によってもたらされるものである。すなわち、ＣrやＳiが濃化した皮膜が研磨歪みの存在する領域にほぼ対応した厚さに短時間で成長するものと推察される。発明者らの検討によれば、冷間圧延歪みによって耐高温水蒸気酸化性の改善が可能な保護皮膜を形成させることはできなかった。この点、ごく表層のみに歪みを導入できる「研磨」が極めて有効な手段であると言える。
【００２４】
Ａ条件でロウ付けを行うことにより、前記研磨仕上げされた鋼材に由来する熱交換器の部材は、５０体積％Ｈ2Ｏ＋５０体積％Ｎ2，６００℃の雰囲気下に１０００時間保持する耐高温水蒸気試験に供したとき、その試験前後における質量増加が０.３ｍｇ／ｃｍ2以下となるような優れた耐高温水蒸気酸化性を呈するようになる。
【００２５】
ここで、１０００時間保持したときに質量増加が０.３ｍｇ／ｃｍ2以下であるか否かは、自動車の燃料電池システム用熱交換器を想定した高温水蒸気雰囲気において異常酸化が防止できるか否か、つまり、「赤スケール」の連続的な発生が防げるか否か、を評価するための基準となる。すなわち、前記６００℃の高温水蒸気雰囲気に１０００時間曝した後の質量増加が０.３ｍｇ／ｃｍ2以下である性能を有していれば、そのフェライト系ステンレス鋼材は、自動車の燃料電池システム用熱交換器として優れた耐久性を呈すると言うことができる。
【００２６】
なお、熱交換器の製造に際しては、ロウ付け以外の接合手段も採用できるが、少なくとも前記Ａ条件でのロウ付け工程を経て製造することが必要である。
【００２７】
以下、本発明で対象とするフェライト系ステンレス鋼の合金成分について説明する。
Ｃrは、ステンレス鋼に必要な耐食性，耐酸化性を付与する上で必須の合金成分である。５００〜８００℃での耐高温水蒸気酸化性を改善するには、１５質量％以上のＣrが必要である。しかし、２０質量％を超えると加工性，低温靱性が劣化し、また４７５℃脆化が生じやすくなるので好ましくない。
【００２８】
ＣおよびＮは、高温強度、特にクリープ特性を改善する成分であるが、フェライト系ステンレス鋼に過剰添加すると加工性，低温靱性を著しく低下させる。また、ＴiやＮbとの反応によって炭窒化物を生成しやすく、高温強度の改善に有効な固溶Ｔiや固溶Ｎbを減少させる。本発明では、Ｃ，Ｎはいずれも０.０３質量％以下に制限する。
【００２９】
Ｍnは、フェライト系ステンレス鋼の耐スケール剥離性を向上させる成分である。しかし、１.５質量％を超えると鋼材が硬質化し、加工性，低温靱性の低下を招く。
【００３０】
Ｓは、熱間加工性，耐溶接高温割れ性に悪影響を及ぼす成分である。異常酸化の基点ともなる。このため、Ｓ含有量は０.０１質量％以下に制限する。
【００３１】
Ｓiは、高温水蒸気酸化の進行を抑止する保護皮膜の形成に有効な成分である。すなわち、研磨後の熱処理によって自ら酸化皮膜中に濃化するとともに、同皮膜中に生成したＣr系酸化物の安定化にも有効に作用すると考えられる。このような作用は０.１質量％を超えるＳi含有によってもたらされるが、０.２質量％以上のＳi含有量を確保することが好ましい。ただし、Ｓiを過剰に添加すると、加工性、特に延性が低下し、低温靱性も低下する。振動に曝される自動車用途ではＳi含有量を１.０質量％以下に抑えることが望ましい。
【００３２】
Ｍoは、固溶強化により高温強度および耐熱疲労特性を向上させるので、これらの特性を重視する場合は必要に応じて添加することができる。ただし、過剰のＭo添加は鋼材を硬質化するので、Ｍoを添加する場合は３.０質量％以下の範囲で行う必要がある。
【００３３】
ＮbおよびＴiは、析出強化によりフェライト系鋼の高温強度を更に向上させるので、必要に応じて添加することができる。上記作用を充分に発揮させるには、Ｎbの場合０.０５質量％以上、Ｔiの場合０.０３質量％以上の含有量とすることが望ましい。しかし、これらの元素を過剰に添加すると鋼材が硬質化するので、Ｎbは０.８０質量％以下、Ｔiは０.５０質量％以下の範囲で添加する必要がある。なお、ＮbとＴiは上記範囲内で複合添加しても構わない。
【００３４】
Ｃuは、析出強化または固溶強化によりフェライト系ステンレス鋼の高温強度を更に向上させるので、必要に応じて添加することができる。上記作用を充分に発揮させるには、０.１質量％以上の含有量とすることが望ましい。ただし、Ｃuを多量に添加すると鋼材が硬質化するので、Ｃuを添加する場合は１.０質量％以下の範囲で行う必要がある。
【実施例１】
【００３５】
表１に示す組成のフェライト系ステンレス鋼を３０ｋｇ真空溶解炉で溶製した後、粗圧延、熱延、焼鈍、酸洗、冷延、仕上げ焼鈍を経て板厚１.５ｍｍの冷延焼鈍鋼板を製造した。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
各冷延焼鈍鋼板のうち、本発明規定範囲の化学組成をもつ鋼１〜鋼３の鋼板を用いて、以下の３通りの仕上げ材を作製した。
[1] ＪＩＳ Ｇ ４３０５に規定されるＮｏ.２Ｄ仕上げを施した冷延焼鈍鋼板。
[2] ＪＩＳ Ｇ ４３０５に規定されるＮｏ.４仕上げを施した研磨仕上げ鋼板。
[3] ＪＩＳ Ｒ ６００１に準拠して４００番の番手で研磨した研磨仕上げ鋼板。
これら[1]〜[3]の仕上げ材について、Ｎiロウ付けを模擬した処理条件として、大気を真空排気して酸素分圧が２×１０-3Ｐａ（全圧は１×１０-2Ｐａ）となるようにした減圧雰囲気下で１１８０℃×１０分保持する熱処理（ここでは「ロウ付け熱処理」と呼ぶ）を施した後、耐高温水蒸気試験に供した。耐高温水蒸気試験は、５０体積％Ｈ2Ｏ＋５０体積％Ｎ2，６００℃に雰囲気下に１０００時間保持する条件で行った。なお、[1]のＮｏ.２Ｄ仕上げ材をそのまま同様の耐高温水蒸気試験に供する実験も併せて行った。
【００３８】
耐高温水蒸気試験の前後における試験片単位面積当たりの質量増加を調べて、耐高温水蒸気酸化性を以下のように評価した。
○：質量増加が０.３ｍｇ／ｃｍ2以下のもの
×：質量増加が０.３ｍｇ／ｃｍ2を超えるもの
この場合、○評価のものは自動車の燃料電池システム用熱交換器として異常酸化の生じない優れた耐久性を呈すると判断することができ、合格と判定される。結果を表２に示す。
【００３９】
【表２】
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【００４０】
表２からわかるように、研磨歪みを導入していない２Ｄ仕上げ材では、これをそのまま耐高温水蒸気試験に供した場合、および「ロウ付け熱処理」後に耐高温水蒸気試験に供した場合のいずれも、耐高温水蒸気酸化性の改善を図ることはできなかった。
これに対し、Ｎｏ.４研磨仕上げ材，４００番研磨仕上げ材を「ロウ付け熱処理」に供したものは、いずれも優れた耐高温水蒸気酸化性を付与することができた。
【実施例２】
【００４１】
表１の鋼２，鋼３，鋼４〜鋼６の５鋼種について、前記冷延焼鈍鋼板（板厚１.５ｍｍ）を用いて、更に冷延、焼鈍、酸洗を施し、板厚０.２ｍｍの鋼板および板厚０.０５ｍｍの鋼板を作製し、これらの表面に最終仕上げとしてＪＩＳ Ｇ ４３０５に規定されるＮｏ.４研磨仕上げを施した。この０.０５ｍｍ厚の板をコルゲート加工により波形に加工して「フィン」とし、０.２ｍｍ厚の板を「プレート」として、「プレート」−「フィン」−「プレート」で構成される単層のプレート型熱交換器を作製した。両プレート間の間隔は約１ｍｍである。プレートとフィンの接合はＮiロウ付けとした。ＮiロウとしてＢＮi−５を用い、ロウ付け時の加熱条件は、大気を真空排気して酸素分圧が４×１０-4Ｐａ（全圧は２×１０-3Ｐａ）の減圧雰囲気下で１０８０℃×１０分保持したのち、更に昇温して１１６０℃×１０分保持する方法とした。得られたプレート型熱交換器から幅１０ｍｍ×長さ５０ｍｍの耐久試験片を切り出した。この場合、幅方向に垂直な断面にフィンの波形の切り口が現れるようにした。
【００４２】
耐久試験は、「大気中６００℃×１０分保持 → １０分間水冷」のサイクルを１０００サイクル繰り返す方法で行った。耐久試験後の試験片について外観観察および顕微鏡観察を行い、プレートとフィンの変形または亀裂の有無を調べた。
プレートに関しては、熱疲労によりプレート端面で板が外側または内側に曲がる現象に着目し、以下のように評価し、○評価を合格とした。
○：板の変形角が５°以下のもの
×：板の変形角が５°を超えるもの
フィンに関しては、熱疲労起因の亀裂の有無により以下のように評価し、○評価を合格とした。
○：熱疲労起因の亀裂が認められないもの
×：熱疲労起因の亀裂が認められるもの
また、耐高温水蒸気酸化性については、耐久試験後のプレート部とフィン部を全体的に観察して以下のように評価し、○評価を合格とした。
○：深さ５μｍを超える侵食が認められないもの
×：深さ５μｍを超える侵食が認められるもの
結果を表３に示す。
【００４３】
【表３】
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【００４４】
表３からわかるように、鋼２，鋼３の発明対象鋼を用いた熱交換器ではプレートの変形，フィンの亀裂が見当たらず、また水蒸気酸化による深さ５μｍを超える侵食も認められなかった。
これに対し、オーステナイト系鋼である鋼４（ＳＵＳ３０４相当）、鋼５（ＳＵＳ３１６Ｌ相当）、鋼６（ＳＵＳ３１０Ｓ相当）を用いた例では、いずれも水蒸気酸化による深さ５μｍを超える侵食が見られ、かつプレート部には大きな変形が生じていた。また鋼４および鋼５では、フィン部に熱疲労起因の亀裂が生じていた。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】直交型熱交換器の構造を模式的に表した斜視図。
【符号の説明】
【００４６】
１    プレート
２    フィン
【図１】
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