(57)【要約】【課題】Ｎｉろうを用いて、高温、低酸素分圧下でろう付けされる場合のろう付け性に優れ、かつ、ろう付け接合後の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０１〜０．０３％、Ｓｉ：０．１０〜１．００％、Ｍｎ：１．５０％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：０．６％以下、Ｃｒ：１７〜２５％、Ｍｏ：２．５０％以下、Ｃｕ：０．１〜０．５０％、Ｎ：０．０３０％以下、Ｎｂ：７×（Ｃ＋Ｎ）％以上、０．８０％以下、Ｔｉ：０．１％以下、Ａｌ：０．０１％以下、を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有し、下記（１）式を満足する、Ｎｉろう付け性に優れたフェライト系ステンレス鋼。３Ｃ＋Ｃｕ−Ｔｉ−４０Ａｌ＞０  ・・・（１）式、ここで、（１）式中のＣ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌは、各元素の質量％を意味する。【選択図】図１
2018145498.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．０１〜０．０３％
Ｓｉ：０．１０〜１．００％
Ｍｎ：１．５０％以下
Ｐ：０．０４％以下
Ｓ：０．０３％以下
Ｎｉ：０．６％以下
Ｃｒ：１７〜２５％
Ｍｏ：２．５０％以下
Ｃｕ：０．１０〜０．５０％
Ｎ：０．０３０％以下
Ｎｂ：７×（Ｃ＋Ｎ）％以上、０．８０％以下
Ｔｉ：０．１％以下
Ａｌ：０．０１％以下
を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有し、
下記（１）式を満足する、Ｎｉろう付け性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
３Ｃ＋Ｃｕ−Ｔｉ−４０Ａｌ＞０  ・・・  （１）式
ここで、（１）式中のＣ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌは、各元素の質量％を意味する。
【請求項２】
さらに、質量％で、Ｖ：０．２０％以下、Ｗ：１．００％以下の１種または２種以上を含有する、請求項１に記載のＮｉろう付け性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
【請求項３】
さらに、質量％で、Ｂ：０．００７％以下を含有する、請求項１または請求項２に記載のＮｉろう付け性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎｉろう付け接合により接続される部材に用いられるフェライト系ステンレス鋼に関する。
【０００２】
本発明のフェライト系ステンレス鋼が適用される部材には、自動車のＥＧＲクーラー部品、廃熱回収機器、プレート式熱交換器、給湯機器、燃料電池などがあり、一般的に複雑な形状を有し、耐圧性、密閉性や疲労強度を重視し、さらに高い耐食性が要求される用途に適用される。ろう付け方法としては、高温かつ低酸素分圧の雰囲気下での炉中ろう付けまたは水素ガスと窒素ガスを用いた高周波加熱によるろう付けが用いられる。
【背景技術】
【０００３】
近年、環境汚染による地球温暖化の問題が重要視されており、その主な要因として自動車からの排気ガスが認識されている。日本を始めとした世界各国の有害物質排出規制は、年々厳しくなり、特にガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどから発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）に対する早急な対策が求められている。現在では、電気自動車や水素自動車などの次世代自動車が開発され、一般に普及しつつあるが、次世代自動車の生産台数は、いまだ自動車全体の１割に満たないのが実情である。したがって、ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの技術開発が引き続き求められており、自動車メーカー各社は、直噴エンジン、リーンバーン、ＥＧＲなどの高性能化を進めている。
【０００４】
こうした背景の中、自動車の排気ガスを低減するためにＥＧＲシステムの装着が急増している。ＥＧＲクーラーとは、このシステムの一部として、エンジンから排出された高温排気ガスの一部をエンジンに戻すために、排気ガスを適切な温度に冷却するための熱交換器である。従来は、主として高温強度が高く、加工性に優れるオーステナイト系ステンレス鋼が用いられてきた。近年では、排気ガス温度のＥＧＲの高効率化を目的として、流入ガスの高温化が求められており、それに伴い、熱疲労劣化しにくく、耐高温酸化性に優れるフェライト系ステンレス鋼が用いられている。
【０００５】
フェライト系ステンレス鋼は、上述のように、熱疲労特性と耐高温酸化性に優れる一方で、加工性、耐食性に劣る。さらに、こうしたＥＧＲクーラー部材では、密閉性と耐圧性を確保するためにろう付け接合が用いられている。しかし、フェライト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼と比較してＮｉろうの濡れ性が悪いという欠点があった。一般に、濡れ性が悪い材料を適用する場合は、ろう付け不良の発生率が増加する。それに加えて、十分な濡れ広がり面積を得るためにＮｉろうの使用量が増大する。近年、Ｎｉ地金の価格が高騰を続けているので、この点は、大きなコストアップとなる。
【０００６】
したがって、フェライト系ステンレス鋼をＮｉろう付けする場合は、耐食性と強度が高く、低融点のＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉろうを使用するのが一般的である。このＮｉろうには、Ｎｉの液相線温度を低下させるＰ、Ｓｉが添加されている。しかし、Ｓｉを含有するＮｉろうは、液相線と固相線の温度差が大きいため、溶け別れが発生して、ろう付け不良となりやすい欠点があった。
【０００７】
従来、ろう付け性に優れたステンレス鋼に関する知見として、例えば、次のようなものがある。特許文献１には、低酸素分圧下でも酸化物を形成する元素であるＴｉとＡｌを低減することにより、雰囲気ろう付け性を改善したフェライト系ステンレス鋼が開示されている。また、特許文献２には、熱交換特性、耐食性およびろう付け性に優れるフェライト系ステンレス鋼とその製造方法ならびに当該ステンレス鋼を部材として用いる熱交換器が開示されている。
【０００８】
さらに、特許文献１、特許文献２は、いずれもＮｉろうが溶融を開始した際に、低融点相が先に濡れ広がってしまい、ろうを設けた位置の近傍において高融点相が残存する「溶け別れ」という現象が生じることがある。この溶け別れが生じた場合、その部分で接合強度や耐食性が大幅に低下するため、工業製品としての信頼性が大きく損なわれる。このように、十分な加工性と耐食性を有するフェライト系ステンレス鋼において、濡れ性の確保と溶け別れの抑制とを両立させることが難しいという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−１７４０４６号公報
【特許文献２】国際公開第２０１６−０１３４８２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１は、Ａｌが酸化膜を形成して、ろう付けを阻害することから、Ａｌ量が０．１％以下に制限されている。しかし、Ａｌを含有するステンレス鋼は、濡れ広がり係数が３程度であり、近年では接合部の形状が複雑化したこと、Ｎｉろうの使用量を可能な限り低減させることから、さらなる濡れ性が要求されている。
【００１１】
特許文献２は、表層にＡｌやＴｉの酸化物を積極的に生成させることを目的として、還元雰囲気中で昇温した後、ろう材溶融後に酸化雰囲気に制御する方  法を提案している。しかし、十分な特性を得るためには、複数回の特殊な熱処理を施す必要があり、工程増加によるコストアップという課題がある。
【００１２】
本発明は、Ｎｉろうを用いて、高温、低酸素分圧下でろう付けされる場合のろう付け性に優れ、かつ、ろう付け接合後の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼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】
【００１３】
本発明者らは、前述の課題を達成するべく、Ｎｉろうがステンレス鋼上で溶解する際のメカニズムとそれにおよぼす合金元素や表面状態の影響について詳細な検討を行った。その結果、フェライト系ステンレス鋼のろう付け性におよぼすＴｉ、Ａｌの悪影響を低減し、良好なＮｉろう付け性を確保した上で、さらに溶け別れを防止できる材料側の条件を見出して、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は、以下のものを提供する。
【００１４】
（１）本発明は、質量％で、
Ｃ：０．０１〜０．０３％
Ｓｉ：０．１０〜１．００％
Ｍｎ：１．５０％以下
Ｐ：０．０４％以下
Ｓ：０．０３％以下
Ｎｉ：０．６％以下
Ｃｒ：１７〜２５％
Ｍｏ：２．５０％以下
Ｃｕ：０．１０〜０．５０％
Ｎ：０．０３０％以下
Ｎｂ：７×（Ｃ＋Ｎ）％以上、０．８０％以下
Ｔｉ：０．１％以下
Ａｌ：０．０１％以下
を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有し、
下記（１）式を満足する、Ｎｉろう付け性に優れたフェライト系ステンレス鋼である。
３Ｃ＋Ｃｕ−Ｔｉ−４０Ａｌ＞０  ・・・  （１）式
ここで、（１）式中のＣ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌは、各元素の質量％を意味する。
【００１５】
（２）本発明は、さらに、質量％で、Ｖ：０．２０％以下、Ｗ：１．００％以下の１種または２種以上を含有する、（１）に記載のＮｉろう付け性に優れたフェライト系ステンレス鋼である。
【００１６】
（３）本発明は、さらに、質量％で、Ｂ：０．００７％以下を含有する、（１）または（２）に記載のＮｉろう付け性に優れたフェライト系ステンレス鋼である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、Ｎｉろうを用いて、高温、低酸素分圧下でろう付けされる場合のろう付け性に優れ、かつ、ろう付け接合部の複雑な形状に加工可能な優れた加工性を併せ持つフェライト系ステンレス鋼を提供できる。本発明のフェライト系ステンレス鋼は、薄肉化した複雑な形状の部品とした場合でも、容易にＮｉろう付け接合が可能であり、溶け別れによる接合部の品質低下を抑制できる。そのため、ＥＧＲクーラー部材、燃料電池部材などのＮｉろう付けを伴う用途に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例における（１）式の値と濡れ広がり係数との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
ろう付け性が良好であることは、できるだけ低温で短時間の熱処理により、ろう材が接合部全体に浸透し、接触角の小さい良好な形状のフィレット（ｆｉｌｌｅｔ）が形成されることを意味する。さらに、Ｎｉろうの場合、溶け別れによるろう付け不良が発生しないことが望ましい。
【００２０】
Ｎｉろう付けは、１０００〜１１２０℃の真空中または水素雰囲気中で行われる。ここで、ろう付け性におよぼす影響因子として最も重要なものは、酸素分圧であり、真空と水素雰囲気のいずれにおいても、Ｃｒの還元域である１０−２０ａｔｍ程度まで低下していると考えられている。しかし、工業的な観点から見ると、大規模な量産設備においては、製品同士の隙間などで雰囲気が不均一となり、酸素分圧の高い雰囲気が生じている可能性がある。
【００２１】
［溶融Ｎｉによるステンレス鋼上での濡れ広がり］
一般に、Ｆｅ基合金と溶融Ｎｉとの平衡接触角は、小さいのに対し、Ｃｒ２Ｏ３などの酸化物と溶融Ｎｉとの平衡接触角は、９０°以上である。したがって、このような雰囲気下で溶融したＮｉろうがステンレス鋼上を濡れ広がるためには、Ｎｉろうが溶融した時点で、ステンレス鋼の表面を覆う酸化皮膜が除去され、マトリックスが露出している必要がある。
【００２２】
上述のとおり、ろう付けは、Ｃｒが還元域となる雰囲気で実施される。しかし、大規模な量産設備においては、設定した条件から雰囲気が変化することがある。また、設定された雰囲気は、ステンレス鋼の主要成分であるＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉにとって還元域であるとしても、Ｓｉ、ＴｉやＡｌのようにＣｒよりさらに酸化しやすい元素にとっては、酸化域に当たる。そのため、Ｓｉ、ＴｉまたはＡｌは、ステンレス鋼の表面に酸化物を形成して、Ｎｉろうの濡れを阻害することがある。
【００２３】
［Ｃによる酸化皮膜除去］
このょうな低酸素分圧下でのステンレス鋼表面の酸化物除去において、重要な役割を果たす元素がＣである。雰囲気の酸素分圧が１０−１８ａｔｍを下回る程度であると、ステンレス鋼中の固溶Ｃは、還元域の状態に移行し、ステンレス鋼表面の酸化物とＣが反応して金属炭化物を形成する。そして、この金属炭化物と雰囲気中の酸素とが反応して、ＣＯまたはＣＯ２が形成されて、雰囲気中に放出される。このとき、金属炭化物は、還元されて金属単体となる。さらに、真空引きまたはガスフローなどの影響により、雰囲気中のＣＯ２分圧は、ろう付け中も徐々に下がり続ける傾向にあるため、金属炭化物が金属に還元されてＣＯ２を放出する上記の反応は、ろう付け中に平衡状態に到達することなく、継続して進行する。このことから、ステンレス鋼中の固溶Ｃは、ろう付け雰囲気下にてステンレス鋼表面の酸化物を還元除去する効果が示すといえる。また、上記の反応は、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉのみならず、エリンガム図（Ｅｌｌｉｎｇｈａｍ  ｄｉａｇｒａｍ）において酸化域に位置するＡｌ、Ｔｉも、同様に、Ｃの存在下では、金属炭化物を経由することにより還元反応を生じる。
【００２４】
ろう付け炉の部品、治具、発熱体などの部材中にＣが含まれている場合も、同様に、ＣＯガスを放出し、ステンレス鋼表面の酸化物の還元反応を助長する効果を示す。しかし、ＣＯからＣＯ２への反応は、低酸素分圧下ではＣＯ２分圧が極めて小さい場合のみ進行する反応であるため、ステンレス鋼表面の酸化物を除去する手段としては、固溶Ｃによる還元が最も効果的である。
【００２５】
他方、ステンレス鋼の固溶Ｃは、固溶強化により加工性（延性）を低下させる。また、冷却速度が遅い場合、冷却中にＣｒ炭化物を形成し、鋭敏化を引き起こして耐食性にも悪影響を与える。そのため、加工性と耐食性が重要となるＥＧＲ部材のろう付け接合に、固溶Ｃを利用した表面酸化物の除去機構を単純に適用する際は、工夫が必要である。
【００２６】
［炭化物の活用によるろう流れ性の改善］
そこで、本発明者らは、ステンレス鋼のマトリックス中に微細に分散させたＮｂＣを活用することで、加工性や耐食性におよぼすＣの悪影響を抑制しつつ、ろう付け性を改善できることを見出した。すなわち、Ｃは、常温ではＮｂＣとして存在し、無害化されている。ろう付け温度近傍まで昇温された際は、ＮｂＣの一部が固溶されて、固溶Ｃと固溶Ｎｂを生成する。その後、当該固溶Ｃによって表面酸化皮膜が除去され、Ｃｕろうの濡れ広がりが改善される。酸化皮膜の除去に使用されずに残存したＣは、その後、冷却中に再びＮｂＣを形成するため、ろう付け熱処理後においても、加工性や耐食性の低下は生じない。
【００２７】
［Ｃｕの活用によるＮｉろうの濡れ広がり速度の改善］
上述した炭化物を活用したステンレス鋼の表面酸化皮膜の除去機構は、定常状態では必ず生じる現象である。しかし、大規模な量産設備において、実際のろう付け熱処理時間内で遂行するには、さらに工夫が必要である。本発明者らが詳細な検討を行った結果、ステンレス鋼中のＴｉ、Ａｌ、Ｃ、Ｃｕに関して、その組成比率をある範囲に最適化することで、実際的な雰囲気ろう付け条件において、炭化物を活用したろう付け性改善効果を得られることが判明した。
【００２８】
Ｃｕは、溶融したＮｉろうの表面張力を減少させる作用を有する。そのＣｕの作用により、溶融Ｎｉろう／ステンレス鋼／雰囲気の三相界面の近傍において、マランゴニ（Ｍａｒａｎｇｏｎｉ）対流を発生させて、撹拌を促進することで、Ｎｉろう流れ性を改善する作用をもたらす。フェライト系ステンレス鋼中のＣｕは、一般的に０．５％未満であるが、界面近傍では濃化しており、Ｎｉろうの濡れ広がり速度を大きく向上させることが可能である。このような効果により、量産設備の実用的な処理時間内で濡れ広がりを完了させることができる。
【００２９】
［溶け別れの低減］
しかし、上述したとおり、液相線と固相線との温度差が大きいろう材を用いる場合、溶け別れが生じることがある。これは、昇温中において低融点相が溶融した時点で、速やかに濡れ広がって、高融点相が溶け残ることで引き起こされる現象である。そのため、ろう流れ性が良い材料ほど起こりやすいといえる。昇温速度を上げることによって溶け別れの発生を抑えることは可能である。しかし、工業的な量産設備において多量の製品を処理する中で、一定の加熱状態を維持することは困難であるため、昇温速度の上昇は、不良品が生じる原因となる。
【００３０】
ここで、上述した炭化物を活用した酸化皮膜の除去方法を応用することにより、良好なろう流れ性を維持しつつ、溶け別れを抑制することが可能である。一般的な耐食用途のステンレス鋼には、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｐろうが使用される。当該Ｎｉろうの固相線温度は、９５０℃程度である。また、固溶Ｃによる表面皮膜除去は、８００〜９００℃程度以上の温度域で発生する。ろう付けの昇温によってろう材が固相線温度に到達し、低融点相の溶融が生じた時点で表面皮膜が除去されていれば、速やかに濡れ広がる結果として、溶け別れが生じる。しかし、ステンレス鋼中のＮｂＣが分解して母材中にフリーＣの固溶が始ま温度域は、１０００℃程度である。昇温がその温度域に達するまでには、ステンレス鋼表面に酸化皮膜が形成されており、溶融した低融点相による、ろう材の濡れ広がりは、その酸化皮膜に阻まれる。さらに、昇温温度が１０００℃を超えても、固溶Ｃが拡散して酸化皮膜を還元除去する時間の分だけ、濡れ広がりの開始が遅延する。その間も炉内の昇温が継続されるため、実際に濡れ広がりが生じるときには、ろう材の温度が高融点相の溶融が終了する液相線の近傍まで上昇している。その結果、溶け別れが防止されると考えられる。
【００３１】
ただし、炭化物による酸化皮膜除去方法を使用する場合は、当該方法を使用しない場合と比較して、ろうの濡れ広がりが生じている時間が短縮されるため、ろう付けされるステンレス鋼は、より優れた濡れ性を備えることが必要である。
【００３２】
本発明に係るフェライト系ステンレス鋼は、上記の知見を基に達成されたものであり、以下の化学組成を有している。
【００３３】
質量％で、Ｃ：０．０１〜０．０３％、Ｓｉ：０．１０〜１．００％、Ｍｎ：１．５０％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：０．６％以下、Ｃｒ：１７〜２５％、Ｍｏ：２．５０％以下、Ｃｕ：０．１０〜０．５０％、Ｎ：０．０３０％以下、Ｎｂ：７×（Ｃ＋Ｎ）％以上、０．８０％以下、Ｔｉ：０．１％以下、Ａｌ：０．０１％以下、を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有し、下記（１）式を満足する、Ｎｉろう付け性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
３Ｃ＋Ｃｕ−Ｔｉ−４０Ａｌ＞０  ・・・  （１）式
ここで、（１）式中のＣ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌは、各元素の質量％を意味する。
【００３４】
［化学組成］
本発明のフェライト系ステンレス鋼を構成する組成の選定理由について説明する。なお、本明細書において、鋼の化学組成に関する「％」は、特に断りがない限り「質量％」を意味する。
【００３５】
［化学組成］
Ｃは、本発明において最も重要な元素の一つであり、常温ではＮｂＣとして固定されており、ろう付け温度にてその一部が固溶して酸化皮膜の除去に寄与する。Ｃ含有量は、０．０１％以上を含有することができる。しかし、過剰なＣ含有は、鋭敏化の原因となるとともに、固溶強化による加工性の低下を招く。したがって、Ｃ含有量は、０．０３％以下が好ましい。
【００３６】
Ｓｉは、ステンレス鋼の脱酸剤として一般的に用いられる元素の一つであり、０．１０％以上を含有することができる。ただし、過剰なＳｉ添加はステンレス鋼を硬質化させて加工性低下の要因となる。そのため、Ｓｉ含有量は、１．００％以下が好ましい。
【００３７】
Ｍｎは、ステンレス鋼の脱酸剤として使用される。スクラップを原料とするステンレス鋼は、ある程度のＭｎ混入を避けられないので、Ｍｎは、１．５０％以下を含有できる。他方、Ｍｎが不働態皮膜に含まれると、耐食性を低下させるため、Ｍｎ含有量は、低いことが望ましい。１．２０％以下が好ましい。
【００３８】
Ｐは、母材およびろう付け部の靭性を損なうため、低い方が望ましい。ただし、含Ｃｒ鋼の溶製において精錬による脱りんは、困難であることから、Ｐ含有量を極低化するには原料の厳選などの過剰なコスト増を伴う。したがって、本発明では、一般的なフェライト系ステンレス鋼と同様に、Ｐ含有量は、０．０４％以下で許容される。
【００３９】
Ｓは、孔食の起点となりやすいＭｎＳを形成して耐食性を阻害する元素である。また、Ｓ含有量が高い場合、ろう付け部の高温割れが生じやすくなる。そのため、Ｓ含有量は、０．０３％以下が好ましい。
【００４０】
Ｎｉは、ろう付け時にフェライト結晶粒が粗大化した際の靭性低下を抑制するのに有効な元素であり、耐食性を改善する作用も有している。Ｎｉは、０．０１％以上を含有することができる。また、Ｎｉろうによる溶損（エロージョン）を低減するのにも有効である。他方、Ｎｉの過剰な添加は、高温域でのオーステナイト相の生成を招き、熱間加工性に悪影響をおよぼす。そのため、Ｎｉ含有量は、０．６０％以下が好ましく、０．３０％以下がより好ましい。
【００４１】
Ｃｒは、不働態皮膜の主要な構成元素であり、耐孔食性や耐すきま腐食性などの局部腐食性の向上をもたらす。Ｎｉろう付け用途では、板厚が薄く、ろう付けによる熱影響を受けた状態で使用される。さらに、添加元素としてＣｕが含まれるため、腐食を促進させるＣｕ２＋が存在する過酷な環境下となることが想定される。したがって、Ｃｕを含有した場合の耐すきま腐食性を確保するために、Ｃｒ含有量は、１７％以上が好ましく、１８％以上がより好ましい。他方、Ｃｒ含有量が過多であると、Ｃ、Ｎの低減が難しくなり、機械的性質や靭性を損ね、かつ、コストを増大させる要因となる。そのため、Ｃｒ含有量は、２５％以下が好ましく、２３％以下がより好ましい。
【００４２】
Ｍｏは、耐食性を向上させる元素である。また、ろう付け熱処理時の結晶粒成長に対する固溶Ｍｏのドラッグ効果により、結晶粒の粗大化抑制にも有効な元素である。Ｍｏは、０．０１％以上を含有することができる。他方、Ｍｏは、高価であるから、コスト増大を招く。そのため、Ｍｏ含有量は、２．５０％以下が好ましく、２．００％以下、１．００％以下がより好ましい。
【００４３】
Ｃｕは、溶融Ｎｉの表面張力を低下させ、マランゴニ対流を発生させることにより、ろうの濡れ広がり速度を増大させて、ステンレス鋼のろう付け性を改善する元素である。濡れ性改善のため、Ｃｕは、０．１０％以上を含有することが好ましい。他方、Ｃｕを過剰に添加すると、常温でε−Ｃｕ相として析出し、耐食性を低下させる。そのため、Ｃｕ含有量は、０．５０％以下が好ましく、０．４０％以下がより好ましい。
【００４４】
Ｎは、耐食性を改善させる元素ではあるが、固溶強化による加工性の低下を引き起こす上、ＮｂＮを形成して鋼中の有効Ｎｂを減少させるため、Ｎ含有量を０．０３％以下に低減することが好ましい。
【００４５】
Ａｌは、脱酸剤として広く用いられている元素であるが、上述のとおり、ステンレス鋼表面で酸化物を形成して、ろう付け性を低下させる。炭化物を活用した上記の酸化皮膜の除去機構を活用するためには、Ａｌ含有量は、０．０１％以下に低減させる必要がある。
【００４６】
Ｎｂは、ＮｂＣを形成して常温でのＣを無害化するとともに、ろう付け温度近傍では固溶Ｎｂのドラッグ効果により結晶粒粗大化抑制に寄与する。さらに、ＮｂＣは、ろう付け時における固溶Ｃの供給源でもある。上記の［溶け別れの低減］で述べたように、固溶Ｃによる酸化皮膜の除去開始が遅延することにより、濡れ広がりの速度が緩やかに調整されて、溶け別れの抑制に寄与する。そのため、Ｎｂ含有量は、その上限が、７×（Ｃ＋Ｎ）％以上であることが好ましく、８×（Ｃ＋Ｎ）％以上がより好ましい。当該（Ｃ＋Ｎ）は、Ｃ、Ｎの各含有量（質量％）の合計を意味する。他方、Ｎｂを過剰に添加すると、加工性を低下させるから、Ｎｂ含有量の上限は、０．８０％以下が好ましく、０．６０％以下が好ましい。
【００４７】
さらに、ＡｌやＴｉなどのろう付けに悪影響をおよぼす元素を含む場合、上述した炭化物を活用した酸化物除去機構を、工業的な量産設備のろう付け条件下で達成するためには、Ｃ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉの含有量（質量％）が以下の（１）式を満たすことが好ましい。
３Ｃ＋Ｃｕ−Ｔｉ−４０Ａｌ＞０  ・・・  （１）式
【００４８】
Ａｌ、Ｔｉが過剰に含有される場合は、酸化物の還元除去に要する時間が長くなり、生産性の低下や製造コストの増大を招くことに加えて、長時間の熱処理により、フェライト結晶粒の粗大化が起こり、製品の靭性を低下させるおそれがある。
【００４９】
以下、本発明に係る実施例について説明する。本発明は、以下の説明に限定されるものではない。
【実施例】
【００５０】
表１に示す化学組成を有するステンレス鋼を溶製し、熱延、冷延、焼鈍工程を経て、板厚１ｍｍの冷延板を製造した。表面は、２Ｄ（硝フッ酸浸漬仕上）である。この冷延板を１５ｍｍ×１５ｍｍに切り出した後、アセトンで超音波洗浄して試験片とした。試験片の中央にバインダーを含有した０．０５ｇの半球状のＮｉろうを設置し、酸素分圧１０−２０ａｔｍの真空雰囲気で１１２０℃、均熱１０ｍｉｎの熱処理を施した。その後、常温まで冷却して、Ｎｉろうの濡れ広がり面積を測定した。表１に示した化学組成は、質量％であり、残部がＦｅおよび不可避的不純物である。
【００５１】
【表１】
2018145498.tif 000003
【００５２】
（ろう付け性に関する評価）
ろう付け性は、濡れ性（濡れ広がり係数）と溶け別れの程度により評価した。ろう付け熱処理後の濡れ広がり面積を、設置したろう材の投影面積で除した値を「濡れ広がり係数」と定義した。濡れ広がり係数が、５以上である場合を濡れ性良好（○）とし、５を下回る場合を濡れ性不良（×）とした。
【００５３】
濡れ性良好（○）の試験片は、さらに、溶け別れに関して評価するため、次のように溶け別れの有無を判定した。ろう付け熱処理後の試料を水平方向から観察し、ろう材設置部の残存物の高さを測定した。残存物高さが、ろう材高さの４分の１以下である場合を溶け別れの程度が小さく良好である（○）、ろう材高さの４分の１を超える場合を溶け別れの程度が大きく不適である（×）とそれぞれ判定した。
【００５４】
（耐食性に関する評価）
Ｎｉろう付け部材の耐食性を評価するため、ろう付け後の試験片の塩乾湿繰り返し試験を１０サイクルまで行い、発銹面積率を測定した。当該塩乾湿繰り返し試験は、「５％ＮａＣｌ水溶液の噴霧（３５℃×１５ｍｉｎ）  →  乾燥（ＲＨ３０％、６０℃×１ｈ）  →  湿潤（ＲＨ９５％、５０℃×３ｈ）」の塩水噴霧、乾燥、湿潤の各処理を１サイクルとして、それを繰り返した。１０サイクルを経過した時点で、試験片を取り出し、水洗および乾燥させた後、試験片を観察した。
【００５５】
発銹面積率の測定は、次のような手順で行った。塩乾湿繰り返し試験後の試験片外観を写真撮影し、端面とろうに覆われた部分とを除いたステンレス鋼の露出部分について、発銹部分の面積を求めた。面積の測定は、試験片の外観写真を画像解析により２値化し、１ピクセルあたりの面積を算出した後、ろう部分のピクセル数をカウントして求めた。本明細書では、発銹部分の面積を露出部分全体の面積で除した値を「発銹面積率」と定義し、上記で測定値から発錆面積率を求めた。発銹面積率が１％以下のものを「○」（耐食性が良好）と、１％を超えるものを「×」（耐食性が不良）とそれぞれ評価した。
【００５６】
試験結果を表２に示す。参考として、各実施例の（１）式の値と濡れ広がり係数も合わせて示した。（１）式の値がゼロまたはマイナスであるときは、ゼロ（０．００）と表示した。
【００５７】
【表２】
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【００５８】
本発明の成分組成を有する本発明例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１０はいずれも、濡れ性が良く、溶け別れの程度が小さく、耐食性に優れ、Ｎｉろう付け部材として良好な特性を示した。
【００５９】
それに対し、比較例Ｎｏ．１、Ｎｏ．２は、ろう材設置箇所に大きな溶け別れの状態が認められた。これは、Ｎｂ含有量が、７×（Ｃ＋Ｎ）％より少ないため、酸化皮膜を除去するに十分な固溶Ｃを供給できず、急速に濡れ広がりが生じたことによると推測される。また、比較例Ｎｏ．２は、Ｃｒ含有量が１７％未満であるため、耐食性が劣った。比較例Ｎｏ．３は、Ｃ含有量が０．０１％未満であり、Ａｌ含有量が０．０１％を超えるため、濡れ性が劣った。比較例Ｎｏ．３〜Ｎｏ．６、Ｎｏ．８は、成分が（１）式を満たしていないため、ステンレス鋼表面に形成されたＡｌ、Ｔｉの酸化物を十分に除去することができず、十分な濡れ性を得ることができなかった。比較例Ｎｏ．７は、Ｃｒが１７％未満であるため、耐食性が劣った。
【００６０】
図１は、表２に示した（１）式の値と濡れ広がり係数との関係を示したものである。（１）式の値が０を超える範囲で、濡れ広がり係数が上昇し始めることを確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明に係るフェライト系ステンレス鋼は、Ｎｉろう付け性に優れ、耐食性と加工性も良好であるので、ＥＧＲクーラー部品、熱交換器や燃料電池などのＮｉろう付け性、加工性が必要とされ、かつ優れた耐食性が要求される用途に好適に用いることができる。
【図１】
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