(57)【要約】【課題】熱交換器等ろう付け接合により組み立てられる部材に好適に用いることができ、ろう付け性、耐食性、加工性およびＮｉろう付け継手部の靭性に優れたフェライト系ステンレス鋼およびＮｉろう付け接合部材を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０２０％以下、Ｓｉ：１．０超え〜３．５％、Ｍｎ：０．０２〜０．８０％、Ｃｒ：１０．５〜１５．０％未満、Ｎｂ：０．０３〜０．６０％、Ａｌ：０．０５０％以下、Ｎ：０．０２５％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる化学組成を有し、３０℃の３．５質量％ＮａＣｌ水溶液中における孔食電位Ｖ‘c100が１５０ｍＶ以上であることを特徴とするろう付け性と耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０２０％以下、Ｓｉ：１．０超え〜３．５％、Ｍｎ：０．０２〜０．８０％、Ｃｒ：１０．５〜１５．０％未満、Ｎｂ：０．０３〜０．６０％、Ａｌ：０．０５０％以下、Ｎ：０．０２５％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる化学組成を有し、３０℃の３．５質量％ＮａＣｌ水溶液中における孔食電位Ｖ‘c100が１５０ｍＶ以上であることを特徴とするろう付け性と耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
【請求項２】
質量％でＣｒ＋１．８Ｓｉで１６％以上を満足することを特徴とする請求項１に記載のろう付け性と耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
【請求項３】
カチオン分率でＣｒ≧１１％、Ｓｉ≧１％、Ｎｂ≧１％を満足する酸化皮膜を有することを特徴とする請求項１に記載のろう付け性と耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
【請求項４】
更に、質量％で、Ｓｎ：０．００１〜０．５％、Ｃｏ：０．０１〜０．５％、Ｂｉ：０．００１〜０．０１％、Ｂ：０．０００２〜０．００５％のうちいずれか１種又は２種以上からなる第１群、
Ｎｉ：０．１〜０．８％、Ｍｏ：０．１〜２％、Ｗ：０．１〜１％、Ｖ：０．０５〜０．５％、Ｃｕ：０．１〜０．８％、Ｓｂ：０．００１〜０．５％、Ｚｒ：０．００１〜０．３％、Ｇａ：０．０００１〜０．０１％、Ｔａ：０．０００１〜０．０１％のうちいずれか１種又は２種以上からなる第２群、
Ｃａ：０．０００２〜０．００５％、Ｍｇ：０．０００２〜０．００５％、ＲＥＭ：０．００５〜０．１％のうちいずれか１種又は２種以上からなる第３群のうち、少なくともいずれかの群を含有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のろう付け性と耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
【請求項５】
ＮｉろうもしくはＣｕろうを用いてろう付け接合される、ろう付け接合部材用として用いることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のろう付け性と耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
【請求項６】
Ｎｉろう付けを行い、ろう付け温度から９００℃までの冷却速度を２０℃／分以下としたとき、隣接するＮｉろう付け部のＮｉリッチ相率が４０％以上となることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のろう付け性と耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
【請求項７】
熱交換器用途であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のろう付け性と耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
【請求項８】
自動車部品であるＥＧＲクーラ、排熱回収器あるいはフューエルデリバリ系の部品の用途であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のろう付け性と耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
【請求項９】
ＣＯ2冷媒ヒートポンプ式給湯器、潜熱回収型給湯器の二次熱交換器あるいはプレート型熱交換器の用途であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のろう付け性と耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
【請求項１０】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のろう付け性と耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼をＮｉろう付けしたＮｉろう付け接合部材であって、隣接するＮｉろう付け部のＮｉリッチ相率が４０％以上であることを特徴とするＮｉろう付け接合部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ろう付け接合により組み立てられる部材に使用されるろう付け性と耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼およびＮｉろう付け接合部材に関する。特に、ＮｉろうおよびＣｕろうを用いてろう付け接合により組み立てられる部品を対象としており、自動車用としては、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）クーラ、オイルクーラ、排熱回収器およびフューエルデリバリ系の部品が挙げられる。また、給湯機分野においては、潜熱回収型ガス給湯機の二次熱交換器やＣＯ2冷媒ヒートポンプ式給湯器（通称：エコキュート（登録商標））の熱交換器が挙げられる。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車分野においては、環境問題に対する意識の高まりから、排ガス規制がより強化されると共に、炭酸ガス排出抑制に向けた取り組みが進められている。また、バイオエタノールやバイオディーゼル燃料といった燃料面からの取り組みに加え、より一層の軽量化や、ＥＧＲ、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）、尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムといった排ガス処理装置を設置するといった取り組みが実施されている。さらに、燃費向上を目的として、排気熱を熱回収する排熱回収器も搭載されはじめている。
【０００３】
このなかで、ＥＧＲクーラは、エンジンの排ガスをエンジン冷却水を用いて冷却した後、吸気側に戻して再燃焼させることで燃焼温度を下げ、有毒ガスであるＮＯｘを低減させることを目的としている。また、排熱回収器は、排ガスでエンジン冷却水を加熱してヒータやエンジンの暖機に活用するシステムであり、排気熱再循環システムとも呼ばれる。これにより、ハイブリッド車では、コールドスタートからエンジンストップまでの時間が短縮され、特に冬季において、燃費向上に寄与している。
【０００４】
更に給湯機器分野においても環境対応型の機器の普及に応じて、熱交換器の適用が広がっている。ガス給湯器では、従来そのまま排気していた１５０〜２００℃程度の高温排ガスからの潜熱を回収するために、ステンレス鋼製の二次熱交換器を追加した潜熱回収型ガス給湯器の普及が進んでいる。また電気温水器も従来はヒータを内蔵するタイプであったが、電気エネルギーを１／３以下に低減可能なＣＯ2冷媒ヒートポンプ式給湯器；通称エコキュート（登録商標）への切換が進んでおり、ここにも熱交換器が使用されている。
【０００５】
このような熱交換器は、溶接接合により組み立てられる場合もあるが、熱交換部の構造は複雑なことからろう付け接合により組み立てられる場合が多い。したがって、ろう付け接合により組み立てられる熱交換部の材料には、良好なろう付け性が必要となる。
【０００６】
また熱交換器には、熱効率が要求され良好な熱伝導性が必要であると共に、耐食性と加工性が要求される。耐食性の不足により部材が損傷することは熱交換器の機能を損なうことにつながると共に、加工性の不足は複雑な形状を有する熱交換器部材の製造に悪影響を及ぼす。
【０００７】
熱交換器に用いられる材料は、その耐食性や強度を生かしてＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６Ｌといったオーステナイト系ステンレス鋼が用いられる場合が多いが、最近では熱膨張係数が小さく、安価なフェライト系ステンレス鋼の使用が増加しつつある。
【０００８】
一方、ろう付け継手に関しても良好な耐食性が求められるが、この点においてＮｉろうはＣｕろうに比べ優れるため、耐食性が重要視される用途に好適である。加えて継手部には強度と靭性が求められるが、Ｃｕろうに比べＮｉろうにより形成されたろう継手部は靭性に劣るという課題がある。
【０００９】
特許文献１には、ステンレス鋼材よりなる熱交換器部品の表面に、無電解メッキによりリン含有ニッケル合金を被覆した後、このリン含有ニッケル皮膜を高温真空中で溶融させてろう材として用いるろう付け工程が開示されている。用いるステンレス鋼の一例としてＳＵＳ３０４が開示されている。
【００１０】
オーステナイト系ステンレス鋼を用いたろう付け接合部材として、特許文献２には、エンジン排気ガス浄化装置の一部であって、排気ガス浄化触媒を担持した金属担体を収容する筒状構造体が開示されている。特許文献３には低圧燃料用コモンレールが開示されている。特許文献２、特許文献３いずれも、その鋼種は開示されていない。同様に、特許文献４にはＥＧＲガス冷却装置の熱交換器用伝熱管が開示され、伝熱管の波形フィン構造体に使用されるオーステナイト系ステンレス鋼としてＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌが開示されている。
【００１１】
特許文献５には、Ｃ：０．０８０％以下、Ｓｉ：１．２〜３．０％、Ｍｎ：０．４〜２．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．００３％以下、Ｎｉ：６．０〜１２．０％、Ｃｒ：１６．０〜２０．０％、Ｃｕ：０．２〜３．０％、Ｍｏ：０．１〜１．０％、Ａｌ：０．００２〜０．１０％、Ｎ：０．０３０〜０．１５０％、かつ１．６≦Ｃｕ×Ｓｉ≦４．４と０．１６≦２Ｎ＋Ｍｏ≦１．０を満足する耐食性およびろう付け性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。
【００１２】
特許文献６には、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｃｒ：１０．５〜１３．５％、Ｍｏ：１．２５％以下、Ａｌ：０．１０％以下、Ｎ：０．０５０％以下と、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂのうち１種以上を含有するろう付け性の良いフェライト系ステンレス鋼が開示されている。
【００１３】
特許文献７には、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．０２〜１．５％、Ｍｎ：０．０２〜１．５％、Ｃｒ：１０〜２２％、Ａｌ：０．５％以下、Ｎ：０．０５％以下、Ｃ＋Ｎ：０．０１５％以上を含有し、さらにＴｉ−３Ｎ≦０．０３、１０（Ｔｉ−３Ｎ）＋Ａｌ≦０．５を満足するろう付け性に優れたフェライト系ステンレス鋼が開示されている。
【００１４】
特許文献８には、ＮｉろうやＣｕろう付けに供される熱交換器部材として好適なフェライト系ステンレス鋼として、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：３％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｐ：０．００５％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１１〜３０％、Ｎｂ：０．１５〜０．８％、Ｎ：０．０３％以下を含有し、さらにＮｂ−（Ｃ×９２．９／１２＋Ｎ×９２．９／１４）≧０．１０を満足するフェライト系ステンレス鋼が開示されている。
【００１５】
特許文献９には、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．１超え〜３％、Ｍｎ：０．１〜２％、Ｃｒ：１０〜３５％、Ｎｂ：０．２〜０．８％、Ｎ：０．０３％以下を含有し、冷間加工後の加熱によって生成した再結晶粒の面積率が１０〜８０％である部分再結晶組織を有するろう付け用フェライト系ステンレス鋼材が開示されている。
【００１６】
特許文献１０には、Ｃ：０．００１〜０．１％、Ｓｉ：１．５超え〜４．０％、Ｍｎ：０．０５〜４．０％、Ｃｒ：１０．５〜３０％、Ｎｉ：３５％以下、Ｔｉ：０．００２〜０．０３０％および／又はＡｌ：０．００２〜０．１０％、Ｎ：０．００１〜０．４％を含有し、Ｓｉ／（Ｔｉ＋Ａｌ）≧４０を満足するろう付け性に優れるステンレス鋼が開示されている。
【００１７】
特許文献１１には、粉末状Ｎｉろうに、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ合金、ステンレス鋼のうち選ばれた金属粉末を１〜１０％未満添加することで、ぬれ性が良好で、連続した脆化相が生じることなく、クラックの発生を防止することができるＮｉろう材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００４−２０５０５９号公報
【特許文献２】特開２００４−１００５９８号公報
【特許文献３】特開２００５−１７１９３８号公報
【特許文献４】特開２００８−２０２８４６号公報
【特許文献５】特開２０１２−２０７２５９号公報
【特許文献６】特開昭５７−６００５６号公報
【特許文献７】特開２００９−１７４０４６号公報
【特許文献８】特開２００９−２９９１８２号公報
【特許文献９】特開２０１０−２８５６８３号公報
【特許文献１０】国際公開第２０１６／１５２８５４号
【特許文献１１】特開平１１−１１４６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
熱交換器類に使用される材料が、オーステナイト系ステンレス鋼からフェライト系ステンレス鋼に切り替わるにつれ、フェライト系ステンレス鋼のろう付け性向上の要求が高まっている。ろう付け性について各種ステンレス鋼で比較すると、オーステナイト系ステンレス鋼に比較し、フェライト系ステンレス鋼のろう付け性は良好とはいえない。この点が、ＥＧＲクーラや排熱回収器等の熱交換器類へフェライト系を採用する際の問題の一つであった。また、こうした熱交換器類の普及に伴い部品の低価格化が指向されるようになり、安価でろう付け性に優れたフェライト系ステンレス鋼が求められている。さらに、ろう付け性のみならず、耐食性、加工性、Ｎｉろう付け継手部の靭性についても良好な特性を有するフェライト系ステンレス鋼が求められている。
【００２０】
本発明は、このような事情に鑑みて提案されたものであり、熱交換器等ろう付け接合により組み立てられる部材に好適に用いることができ、ろう付け性、耐食性、加工性およびＮｉろう付け継手部の靭性に優れたフェライト系ステンレス鋼およびＮｉろう付け接合部材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】
【００２１】
上記課題を解決することを目的とした本発明の要旨は、以下のとおりである。
〔１〕質量％で、Ｃ：０．０２０％以下、Ｓｉ：１．０超え〜３．５％、Ｍｎ：０．０２〜０．８０％、Ｃｒ：１０．５〜１５．０％未満、Ｎｂ：０．０３〜０．６０％、Ａｌ：０．０５０％以下、Ｎ：０．０２５％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる化学組成を有し、３０℃の３．５質量％ＮａＣｌ水溶液中における孔食電位Ｖ‘c100が１５０ｍＶ以上であることを特徴とするろう付け性と耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
〔２〕質量％でＣｒ＋１．８Ｓｉで１６％以上を満足することを特徴とする〔１〕に記載のろう付け性と耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
〔３〕カチオン分率でＣｒ≧１１％、Ｓｉ≧１％、Ｎｂ≧１％を満足する酸化皮膜を有することを特徴とする〔１〕に記載のろう付け性と耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
〔４〕更に、質量％で、Ｓｎ：０．００１〜０．５％、Ｃｏ：０．０１〜０．５％、Ｂｉ：０．００１〜０．０１％、Ｂ：０．０００２〜０．００５％のうちいずれか１種又は２種以上からなる第１群、
Ｎｉ：０．１〜０．８％、Ｍｏ：０．１〜２％、Ｗ：０．１〜１％、Ｖ：０．０５〜０．５％、Ｃｕ：０．１〜０．８％、Ｓｂ：０．００１〜０．５％、Ｚｒ：０．００１〜０．３％、Ｇａ：０．０００１〜０．０１％、Ｔａ：０．０００１〜０．０１％のうちいずれか１種又は２種以上からなる第２群、
Ｃａ：０．０００２〜０．００５％、Ｍｇ：０．０００２〜０．００５％、ＲＥＭ：０．００５〜０．１％のうちいずれか１種又は２種以上からなる第３群のうち、少なくともいずれかの群を含有することを特徴とする〔１〕から〔３〕のいずれか１つに記載のろう付け性と耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
〔５〕ＮｉろうもしくはＣｕろうを用いてろう付け接合される、ろう付け接合部材用として用いることを特徴とする〔１〕から〔４〕のいずれか１つに記載のろう付け性と耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
〔６〕Ｎｉろう付けを行い、ろう付け温度から９００℃までの冷却速度を２０℃／分以下としたとき、隣接するＮｉろう付け部のＮｉリッチ相率が４０％以上となることを特徴とする〔１〕から〔４〕のいずれか１つに記載のろう付け性と耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
〔７〕熱交換器用途であることを特徴とする〔１〕〜〔６〕のいずれか１つに記載のろう付け性と耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
〔８〕自動車部品であるＥＧＲクーラ、排熱回収器あるいはフューエルデリバリ系の部品の用途であることを特徴とする〔１〕〜〔６〕のいずれか１つに記載のろう付け性と耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
〔９〕ＣＯ2冷媒ヒートポンプ式給湯器、潜熱回収型給湯器の二次熱交換器あるいはプレート型熱交換器の用途であることを特徴とする〔１〕〜〔６〕のいずれか１つに記載のろう付け性と耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
〔１０〕〔１〕〜〔４〕のいずれか１つに記載のろう付け性と耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼をＮｉろう付けしたＮｉろう付け接合部材であって、隣接するＮｉろう付け部のＮｉリッチ相率が４０％以上であることを特徴とするＮｉろう付け接合部材。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によればろう付け接合により組み立てられる部材用としてろう付け性と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ができる。本発明のフェライト系ステンレス鋼は、自動車部品のなかではＥＧＲクーラ、オイルクーラ、排熱回収器およびフューエルデリバリ系の部品等に、また給湯関係の熱交換器としては、ガスでは潜熱回収型給湯器の二次熱交換器に、電気ではエコキュート（登録商標）のプレート型熱交換器等、その他ＮｉろうもしくはＣｕろうを用いてろう付け接合により組み立てられる部材に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ろう付け部の評価方法について、ろう付け熱処理前を示す図であり、（Ａ）はＡ−Ａ矢視断面図、（Ｂ）は平面図である。
【図２】ろう付け部の評価方法について、ろう付け熱処理後を示す図であり、（Ａ）はＡ−Ａ矢視断面図、（Ｂ）は平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００２５】
本発明は、ろう付け性と耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼に関するものである。ろう付けとしては、ＮｉろうもしくはＣｕろうを用いたろう付けを対象としており、９５０〜１２００℃において真空中もしくは水素雰囲気中で行われる。このとき、ろう付けの雰囲気の制御や置換用としてアルゴンガスや窒素ガス等が併用される場合がある。ろうが母材にぬれてすきまを充填することにより接合されるのがろう付けである。ろう付け時に母材の表面に酸化皮膜が存在するとろうがぬれにくくなり、ろう付け性を阻害する。
【００２６】
ステンレス鋼の表面には、Ｃｒに富む（Ｆｅ、Ｃｒ）酸化皮膜（不動態皮膜）が形成されており、これにより優れた耐食性を発現している。ぬれ性を確保するにはこの酸化皮膜を除去する必要があり、酸化皮膜を還元するために真空度もしくは露点の低い条件でろう付けされる。具体的には、ろう付け温度において、少なくともＣｒとＣｒ2Ｏ3とが平衡する真空度もしくは露点よりも低い条件にて実施される。したがって、酸化皮膜が還元されるろう付け雰囲気において、表面にろう付け性に有効な元素を濃化させることができれば、ろう付け性の向上が図れると考えた。その結果、比較的Ｃｒ含有量の低いフェライト系ステンレス鋼の場合には１．０％を超えるＳｉを含有させることが、ろう付け性に有効であることを知見した。鋼中のＳｉ量を増加させるほどろう付け性は向上するが、３．５％を超えるＳｉを含有させてもその効果は飽和する。Ｓｉがろう付け性を向上させる理由については明らかになっていないが、Ｓｉにはフェライト系ステンレス鋼とろうとの界面張力を下げる効果があること、ＳｉはＮｉろうおよびＣｕろうに固溶しやすい元素であることがろう付け性を向上させた一因と推定している。
【００２７】
次に、耐食性について検討した。本発明で対象とする熱交換器類の外面側は塩害環境にさらされるが、少なくともＳＵＳ４３０ＬＸレベルの塩害耐食性が必要と判断した。そこで、塩害耐食性の序列を簡易的に評価できる手法として孔食電位測定を採用し、Ｓｉの影響について検討した。３０℃の３．５質量％ＮａＣｌ水溶液中における孔食電位Ｖ‘c100においてＳＵＳ４３０ＬＸレベルとするには飽和ＫＣｌを内部溶液とするＡｇ／ＡｇＣｌを参照電極に用いた時に１５０ｍＶ以上とした。望ましくは１６０ｍＶ以上、さらに望ましくは１７０ｍＶ以上である。測定はＪＩＳ  Ｇ０５７７に準拠して行い、電流値が１００μＡ／ｃｍ２を超える最も貴な電位を孔食電位Ｖ‘c100と定義した。
ろう付け熱処理前の鋼素材において、１％を超えるＳｉを含有する場合には、Ｃｒ含有量の増加はもとよりＳｉ含有量の増加によっても孔食電位が向上し、その効果はＣｒの約１．８倍あることを知見した。そのため、孔食電位１５０ｍＶ以上とするには、Ｃｒ＋１．８Ｓｉで１６％以上とすればこの値を満足できる。
【００２８】
このようにＳｉ含有量の増加によって孔食電位が向上した理由を検討するために、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）により、ろう付け熱処理前の鋼の表面の不動態皮膜を分析した。表面にはＳｉの濃化した不動態皮膜が形成されており、不動態皮膜の保護性が向上した結果孔食電位が向上したと考えられた。
【００２９】
前記は素材の耐食性に関してであるが、実用上はろう付けされた状態で使用されるので、ろう付け熱処理後の耐食性も重要である。ろう付け熱処理前の鋼素材と、ろう付け熱処理後の鋼が、ともに、上記孔食電位を満足していると好ましいが、ろう付け熱処理前の素材、あるいは、ろう付け熱処理後の鋼のどちらかのみで孔食電位１５０ｍＶ以上を満足していればよい。
１１３０℃の窒素を含む５０Ｐａの真空雰囲気下で１０分間熱処理を行い、前記と同様孔食電位で評価した。その結果、鋼材中のＣｒおよびＳｉ量がＣｒ＋１．８Ｓｉで１６％以上を満足すると、カチオン分率でＣｒ≧１１％、Ｓｉ≧１％、Ｎｂ≧１％を満足する組成を有する酸化皮膜が表面に形成されるとともに、１５０ｍＶ以上、かつ素材と同等以上の孔食電位が得られた。ろう付け熱処理の雰囲気が１００Ｐａ以下であれば、後述の本発明〔１〕の成分を含有するとともに、Ｃｒ＋１．８Ｓｉ≧１６％を満たすときに熱処理前の素材、および熱処理後の鋼の孔食電位を１５０ｍＶ以上とすることができる。ただし、鋼材中のＣｒおよびＳｉ量がＣｒ＋１．８Ｓｉで１６％未満であっても、ろう付け熱処理条件を工夫することによって、ろう付け熱処理後の鋼の孔食電位を１５０ｍＶ以上とすることができる。具体的には、ろう付け熱処理の雰囲気が１００Ｐａ以下であれば、カチオン分率でＣｒ≧１１％、Ｓｉ≧１％、Ｎｂ≧１％を満足する組成を有する酸化皮膜が表面に形成され、所定の孔食電位とすることができる。
【００３０】
さらに、加工性のひとつの指標として常温伸びについて検討した。常温伸びだけで加工性を評価できるものではないが、常温伸びとして少なくとも２５％は必要と判断した。Ｃｒ＋４Ｓｉで２６％以下とすることで常温伸び２５％以上が得られたため、Ｃｒ＋４Ｓｉで２６％以下とするのが望ましい。
【００３１】
最後に、ろう付け継手部の靭性について述べる。Ｎｉろうの場合、ろう付け時にまず母材との境界からＮｉリッチな初相（以下「Ｎｉリッチ相」という。）が晶出したのち、共晶反応によりＮｉリッチ相とＣｒリッチ相が晶出して共晶部を形成する。後者の共晶部が脆く破壊の起点になり、ろう付け時に亀裂が生じ、その結果として靭性を低下させやすい。また、ろう付け時に亀裂が生じると、亀裂部が腐食の起点となり耐食性を劣化させる要因となる。そのため、通常はろう付け接合されるすきま部の間隔を狭く制御することでろう付け部の体積を必要最小限として靭性を確保している。しかしながら部品の形状によってはすきま間隔を狭く制御することが難しい場合がある。そこで、発明者らは、初晶のＮｉリッチ相を増加させることでろう付け部のＮｉリッチ相率を増加させて、靭性を確保することを考えた。前記のように、ＳｉはＮｉろうに固溶しやすい元素であるが、特にＮｉリッチ相に固溶しやすいことをろう付け部の分析結果から知見した。すなわち、母材中のＳｉ含有量を本発明で規定する含有量とすることにより、ろう付け時に母材中のＳｉがＮｉろう中に拡散し固溶することでＮｉリッチ相を増加させて、継手部の靭性向上に寄与させるというものである。ろう付け時に亀裂が生じないような初晶のＮｉリッチ相率としては４０％以上とするのが望ましく、４５％以上あることがさらに望ましい。また、Ｎｉリッチ相中のＳｉ量としては、０．７×（Ｎｉろう材のＳｉ量）＋０．５％以上あることが好ましく、０．７×（Ｎｉろう材のＳｉ量）＋１％以上あることがより好ましい。
【００３２】
本発明は、以上の検討を考慮してなされたろう付け性に優れたフェライト系ステンレス鋼を提供するものであり、その要旨とするところは、請求の範囲に記載した通りの内容である。
【００３３】
以下、ろう付け性と耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼の各組成を限定した理由について説明する。なお、以下の説明では、特に断らない限り、各成分の％は、質量％を表すものとする。
【００３４】
（Ｃ：０．０２０％以下）
Ｃは、強度を確保するために有用な元素であるが、過剰の添加は耐粒界腐食性を低下させるため、Ｃの含有量を０．０２０％以下とする。好ましくは０．００２％以上、０．０１８％以下である。
【００３５】
（Ｓｉ：１．０超え〜３．５％）
Ｓｉは、本発明において最も重要な元素であり、ろう付け性と耐食性を向上させる。耐酸化性にも効果があり、１．０％を超えて含有させることが必要である。好ましくは１．１％以上、より好ましくは１．２％以上である。しかしながら、過剰な添加は、ろう付け性への効果が飽和すると共に溶接性および加工性を低下させるため、Ｓｉの含有量を３．５％以下とする。好ましくは３．２％以下、より好ましくは２．９％以下である。
【００３６】
（Ｍｎ：０．０２〜０．８０％）
Ｍｎは、脱酸元素として有用な元素であり、少なくとも０．０２％以上含有させることが必要である。好ましくは、０．０５％以上である。しかしながら、過剰に含有させると耐食性を劣化させるので、Ｍｎの含有量を０．８０％以下とする。好ましくは０．７０％以下、より好ましくは０．６０％以下である。
【００３７】
（Ｃｒ：１０．５〜１５．０％未満）
Ｃｒは、耐食性を確保する上で基本となる元素である。そのため、Ｃｒの含有量として少なくとも１０．５％以上必要である。好ましくは１１．０％以上、より好ましくは１１．５％以上、さらに好ましくは１２．５％以上である。Ｃｒの含有量を増加させるほど耐食性を向上させることができるが、加工性を低下させるため１５．０％未満とした。好ましくは１４．８％以下、より好ましくは１４．５％以下である。
【００３８】
（Ｎｂ：０．０３〜０．６０％）
Ｎｂは、ＣおよびＮを固定し、溶接部の耐粒界腐食性を向上させる上と共に、高温強度を向上させるので、０．０３％以上含有させる。Ｎｂ／Ｃ＋Ｎで８以上含有させることが好ましく、Ｎｂ／Ｃ＋Ｎで１０以上含有させることがより好ましい。しかしながら、過剰の添加は、溶接性を低下させるため、Ｎｂの含有量の上限を０．６０％とした。好ましくは０．５０％以下、より好ましくは０．４５％以下である。
【００３９】
（Ａｌ：０．０５０％以下）
Ａｌは、脱酸効果等を有するので精練上有用な元素であるが、本発明で最も重要なろう付け性を劣化させるため、その含有量を０．０５０％以下に制限する必要がある。好ましくは０．００２以上、０．０３％以下、より好ましくは０．００３％以上、０．０１５％以下である。
【００４０】
（Ｎ：０．０２５％以下）
Ｎは、強度および耐孔食性に有用な元素であるが、過剰の添加は、耐粒界腐食性を低下させるため、Ｎの含有量は０．０２５％以下とする。好ましくは０．００２〜０．０２３％、より好ましくは０．００３〜０．０２０％である。
【００４１】
さらに必要に応じて、以下の成分を含有すると好ましい。
【００４２】
（Ｓｎ：０．００１〜０．５％）
Ｓｎは、ろう付け性を向上させる上で、必要に応じて０．００１％以上含有させることができる。Ｓｎの添加は耐食性向上にも有効である。より好ましくは０．０１％以上、さらに好ましくは０．０５％以上である。しかしながら、過剰の添加は製造性や靭性を低下させるので０．５％以下含有させるのが好ましい。より好ましくは０．３％以下、さらに好ましくは０．２５％以下である。
【００４３】
（Ｃｏ：０．０１〜０．５％）
Ｃｏは、ろう付け性を向上させる上で、必要に応じて０．０１％以上含有させることができる。より好ましくは０．０３％以上である。過剰の添加はコストアップにつながるため０．５％以下含有させるのが好ましい。より好ましくは０．４％以下である。
【００４４】
（Ｂｉ：０．００１〜０．０１％）
Ｂｉは、ろう付け性を向上させる上で、必要に応じて０．００１％以上、含有させることができる。より好ましくは０．００２％以上である。過剰の添加は製造性を低下させるので０．０１％以下含有させるのが好ましい。より好ましくは０．００８％以下である。
【００４５】
（Ｂ：０．０００２〜０．００５％）
Ｂは、ろう付け性を向上させる上で、必要に応じて０．０００２％以上含有させることができる。Ｂの添加は２次加工性の向上にも有効である。より好ましくは０．０００４％以上である。しかしながら、過剰の添加は耐粒界腐食性を低下させるので０．００５％以下含有させるのが好ましい。より好ましくは０．００４％以下である。
【００４６】
（Ｎｉ：０．１〜０．８％）
Ｎｉは、耐食性を向上させるうえで必要に応じて、０．１％以上、０．８％以下含有させることができる。過剰の添加はコストアップになる。好ましくは、０．２％以上、０．７％以下、より好ましくは０．２５％以上、０．６％以下である。
【００４７】
（Ｍｏ：０．１〜２％）
Ｍｏは、強度および耐食性を向上させる上で、必要に応じて０．１％以上、２％以下含有させることができる。過剰の添加はコストアップになる。好ましくは０．２％以上、１．５％以下、より好ましくは０．３％以上、０．９％以下である。
【００４８】
（Ｗ：０．１〜１％）
Ｗは、強度および耐食性を向上させる上で、必要に応じて０．１％以上、１％以下含有させることができる。過剰の添加はコストアップになる。好ましくは０．２％以上、０．９％以下である。
【００４９】
（Ｖ：０．０５〜０．５％）
Ｖは、耐食性を向上させる上で、必要に応じて０．０５％以上含有させることができる。過剰の添加は、加工性を劣化させると共に、高価であるためコストアップにつながるので、０．５％以下含有させることが好ましい。
【００５０】
（Ｃｕ：０．１〜０．８％）
Ｃｕは、耐食性を向上させる上で、必要に応じて０．１％以上含有させることができる。好ましくは０．２％以上、より好ましくは０．３％以上である。過剰の添加は、加工性を劣化させるので、０．８％以下含有させることが好ましい。好ましくは０．７％以下、より好ましくは０．６％以下である。
【００５１】
（Ｓｂ：０．００１〜０．５％）
Ｓｂは、耐全面腐食性を向上させる元素であるため、０．００１％以上を必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｓｂ含有量が０．５％を超えるとコストが増加する。そのため、Ｓｂ含有量は０．５％以下とする。Ｓｂ含有量は０．３％以下であるのが好ましい。上記の効果を安定して得るためには、Ｓｂ含有量は０．００５％以上であるのが好ましく、０．０１％以上であるのがより好ましい。
【００５２】
（Ｚｒ：０．００１〜０．３％）
Ｚｒは、耐食性を向上させる元素であるため、０．００１％以上を必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｚｒ含有量が０．３％を超えるとコストが増加する。そのため、Ｚｒ含有量は０．３％以下とする。Ｚｒ含有量は０．２％以下であるのが好ましい。上記の効果を安定して得るためには、Ｚｒ含有量は０．０１％以上であるのが好ましく、０．０２％以上であるのがより好ましい。
【００５３】
（Ｇａ：０．０００１〜０．０１％）
Ｇａは、耐食性および耐水素脆化性を向上させる元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｇａ含有量が０．０１％を超えるとコストが増加する。そのため、Ｇａ含有量は０．０１％以下とする。Ｇａ含有量は０．００５％以下であるのが好ましい。上記の効果を安定して得るためには、Ｇａ含有量は０．０００１％以上であるのが好ましく、０．０００５％以上であるのがより好ましい。
【００５４】
（Ｔａ：０．０００１〜０．０１％）
Ｔａは、耐食性を向上させる元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｔａ含有量が０．０１％を超えるとコストが増加する。そのため、Ｔａ含有量は０．０１％以下とする。Ｔａ含有量は０．００５％以下であるのが好ましい。上記の効果を安定して得るためには、Ｔａ含有量は０．０００１％以上であるのが好ましく、０．０００５％以上であるのがより好ましい。
【００５５】
（Ｃａ：０．０００２〜０．００５％）
Ｃａは、脱酸効果等精練上有用な元素であると共に、熱間加工性に有効であるため、必要に応じて０．０００２％以上、０．００５％以下含有させることができる。好ましくは、０．０００５％以上である。また好ましくは０．００３％以下である。
【００５６】
（Ｍｇ：０．０００２〜０．００５％以下）
Ｍｇは、脱酸効果等を有するので精練上有用な元素であることから、必要に応じて０．０００２％以上、０．００５％以下含有させることができる。好ましくは０．０００４％以上である。また好ましくは０．００２％以下である。
【００５７】
（ＲＥＭ：０．００５〜０．１％）
ＲＥＭは、脱酸効果等を有するので精練上有用な元素であると共に、ろう付け性と耐酸化性にも有用であるため、必要に応じて０．００５％以上、０．１％以下含有させることができる。好ましくは０．００８％％以上である。また好ましくは０．０８％以下である。
【００５８】
なお、不可避的不純物のうち、Ｐについては、溶接性の観点から０．０５％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．０４％以下である。また、Ｓについては、耐食性の観点から０．０２％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．０１％以下である。
【００５９】
以上説明した各元素の他にも、本発明の効果を損なわない範囲で含有させることができる。一般的な不純物元素である前述のＰ、Ｓを始め、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｈ、等は可能な限り低減することが好ましい。一方、これらの元素は、本発明の課題を解決する限度において、その含有割合が制御され、必要に応じて、Ｚｎ≦１００ｐｐｍ、Ｐｂ≦１００ｐｐｍ、Ｓｅ≦１００ｐｐｍ、Ｈ≦１００ｐｐｍ、の１種以上を含有する。
【００６０】
本発明のフェライト系ステンレス鋼は、基本的にはステンレス鋼を製造する一般的な工程をとって製造される。例えば、電気炉で上記の化学組成を有する溶鋼とし、ＡＯＤ炉やＶＯＤ炉などで精練して、連続鋳造法又は造塊法で鋼片とした後、熱間圧延−熱延板の焼鈍−酸洗−冷間圧延−仕上げ焼鈍−酸洗の工程を経て製造される。必要に応じて、熱延板の焼鈍を省略してもよいし、冷間圧延−仕上げ焼鈍−酸洗を繰り返し行ってもよい。
【００６１】
本発明のフェライト系ステンレス鋼は、特にろうが拡がるので、ＮｉろうもしくはＣｕろうを用いてろう付けすることが好ましい。
本発明のフェライト系ステンレス鋼は、Ｎｉろう付けを行い、ろう付け温度から９００℃までの冷却速度を２０℃／分以下としたとき、隣接するＮｉろう付け部のＮｉリッチ相率が４０％以上となることにより、ろう付け後のＮｉろう付け接合部材の靱性が良好となるので好ましい。
本発明のフェライト系ステンレス鋼は、Ｎｉろう、Ｃｕろうによるろう付け性、耐食性、加工性に優れるため、熱交換器、自動車部品であるＥＧＲクーラ、排熱回収器、フューエルデリバリ系の部品、ＣＯ2冷媒ヒートポンプ式給湯器、潜熱回収型給湯器の二次熱交換器あるいはプレート型熱交換器の用途に用いられることが好ましい。
本発明のＮｉろう付け接合部材は、隣接するＮｉろう付け部のＮｉリッチ相率が４０％以上となることにより、ろう付け後のＮｉろう付け接合部材の靱性が良好となるので好ましい。
【実施例】
【００６２】
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
【００６３】
表１に示す組成のフェライト系ステンレス鋼を１８０ｋｇ真空溶解炉で溶製し、４５ｋｇ鋼塊に鋳造した後、熱延−熱延板焼鈍−ショット−冷延−仕上焼鈍の工程を経て板厚１ｍｍの冷延鋼板を作製した。熱延板は、素材厚み：５０ｍｍ、加熱温度：１２００℃で板厚５ｍｍまで圧延し空冷することにより作製した。熱延板焼鈍および仕上焼鈍条件は×１分、空冷とした。得られた冷延鋼板から試験片を切り出し、ろう拡がり性評価や孔食電位測定などに供試した。
【００６４】
【表１】
2018172735.tif 000002
【００６５】
［孔食電位］
前記冷延鋼板（Ｎｏ．１〜１８）、およびこの冷延鋼板に下記ろう拡がり性評価と同じ熱処理を行った板（Ｎｏ．Ａ１〜Ａ１８、以下「ろう付け熱処理鋼板」という。）から幅１５ｍｍ、長さ２０ｍｍの試験片を切り出し、エメリー紙にて＃６００まで湿式研磨した。板の中央部分１０ｍｍ×１０ｍｍが露出するように周囲を樹脂で被覆して測定用の電極とした。これを、３０℃の３．５質量％ＮａＣｌ水溶液中でＪＩＳ  Ｇ０５７７に準拠して孔食電位（Ｖ‘c100：電流値が１００μＡ／ｃｍ２を超える最も貴な電位）を測定した。なお、参照電極には飽和ＫＣｌを内部溶液とするＡｇ／ＡｇＣｌを用い、電位の掃引速度は２０ｍＶ／ｍｉｎとした。試験片数は５とし、得られた孔食電位の平均値で評価した。
【００６６】
［常温引張試験］
前記冷延鋼板（Ｎｏ．１〜１８）の圧延方向と平行な方向からＪＩＳ  １３Ｂ引張試験片を採取した後、常温引張試験を行って全伸びを測定した。
【００６７】
［ろう拡がり性］
前記冷延鋼板から幅４０ｍｍ、長さ４０ｍｍの試験片を切り出し、エメリー紙にて＃６００まで湿式研磨した。有機溶剤を用いて脱脂後、板の中央にＮｉろう（ＢＮｉ−５系）およびＣｕろう（ＢＣｕ−１）をそれぞれ０．１ｇ載せ、真空炉に入れて１１３０℃にて１０分加熱した。キャリアガスには窒素を用い、Ｎｏ．Ａ１〜Ｎｏ．Ａ１６の真空度は約５０Ｐａ、Ｎｏ．Ａ１と同一素材であるＮｏ．Ａ１７の真空度は約５００Ｐａ、Ｎｏ. Ａ１８の真空度は約５Ｐａとした。
加熱終了後冷却し、画像解析により熱処理後のろう面積を求めた。得られたろう面積を基に、次の式よりろう拡がり係数を算出した。なお、試験片数は３とし、平均のろう拡がり係数で評価した。
ろう拡がり係数＝熱処理後ろう面積／初期ろう面積
【００６８】
［酸化皮膜分析］
ろう拡がり性評価と同じ熱処理を行った板（ろう付け熱処理鋼板）について、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）により表面の酸化皮膜を分析した。ＸＰＳはアルバック・ファイ社製で、使用Ｘ線源にｍｏｎｏ−ＡｌＫα線を用い、Ｘ線ビーム径約２００μｍ、取り出し角４５度の条件で実施した。最表面の定量分析結果から、酸化皮膜中のＣｒ、ＳｉおよびＮｂのカチオン分率を求めた。ここでＣｒ、ＳｉおよびＮｂのカチオン分率は、酸化物状態のカチオン分率とした。
【００６９】
冷延鋼板（Ｎｏ．１〜１８）の孔食電位と全伸びについての結果を表２に示し、ろう付け熱処理鋼板（Ｎｏ．Ａ１〜Ａ１８）の孔食電位、ろう拡がり係数、酸化皮膜中のカチオン分率を示した。ここで、本発明におけるろう拡がり係数の達成目標として、Ｎｉろうの場合１５以上、Ｃｕろうの場合１０以上とした。また、全伸びの達成目標は、２５％以上とした。
【００７０】
【表２】
2018172735.tif 000003
【００７１】
【表３】
2018172735.tif 000004
【００７２】
表２より、本発明の範囲内にあるＮｏ．１〜Ｎｏ．１４、Ｎｏ．１７（冷延鋼板、ただし、表１、２に記載したように、Ｎｏ．１とＮｏ．１７は、同一成分、同一特性）は、孔食電位および常温伸び（全伸び）において良好な特性を示している。
【００７３】
表３より、本発明の範囲内にあるＮｏ．Ａ１〜Ｎｏ．Ａ１４（ろう付け熱処理鋼板）は、ろう拡がり係数が良好であることから、本発明の範囲内にあるＮｏ．１〜Ｎｏ．１４（冷延鋼板）は、ろう付け熱処理した際のろう拡がり性が良好であることが確認できる。さらに、適切なろう付け熱処理条件（真空度約５０Ｐａの雰囲気）で熱処理することにより、ろう付け熱処理後の孔食電位も良好であることが確認できる。
【００７４】
表２、３より、Ｓｉが本発明範囲の下限以下にあるＮｏ．１５（冷延鋼板）、Ｎｏ．Ａ１５（ろう付け熱処理鋼板）は、孔食電位が低いことから、耐孔食性に劣ることがわかる。また、Ｎｏ．１５（冷延鋼板）は、表３のＮｏ．Ａ１５（ろう付け熱処理鋼板）のろう拡がり係数が低いことから、ろう拡がり性に劣ることがわかる。
【００７５】
表２、３より、Ｓｉが本発明の上限以上にあるＮｏ．１６（冷延鋼板）は、ろう拡がり性およびろう付け加熱前後の耐孔食性は良好であるが常温伸びに劣ることがわかる。
【００７６】
Ｎｏ．１７（冷延鋼板）は、Ｃｒ＋１．８Ｓｉ≧１６％を満足するため素材（冷延鋼板）の段階ではＮｏ．１（冷延鋼板）と同一であるため、孔食電位が本発明を満足する。その一方、ろう付け熱処理条件が不適切な条件（真空度約５００Ｐａの雰囲気）であることによりＮｏ．Ａ１７（ろう付け熱処理鋼板）では酸化皮膜中のＳｉ、Ｎｂカチオン分率が低下し、その結果、孔食電位が本発明の範囲から外れるため、Ｎｏ．Ａ１７（ろう付け熱処理鋼板）は参考例としている。
【００７７】
Ｎｏ.１８（冷延鋼板）は、Ｃｒ＋１．８Ｓｉ＜１６％であるため、素材（冷延鋼板）の段階では、孔食電位が本発明の規定よりも劣るので、参考例としているが、一方、Ｎｏ．Ａ１８（ろう付け熱処理鋼板）ではろう付け熱処理条件の最適化（真空度約５Ｐａの雰囲気）により酸化皮膜中のＣｒ、Ｓｉ、Ｎｂカチオン分率が向上した結果、孔食電位が向上しており、ろう付け熱処理後に本発明を満足している。
【００７８】
［ろう付け部の断面観察］
Ｎｏ．１とＮｏ．１５の冷延鋼板から幅３０ｍｍ、長さ５０ｍｍの大板１と幅１５ｍｍ、長さ３０ｍｍの小板２を１枚ずつ切り出した。大板１、小板２ともに、エメリー紙を用いて＃６００まで湿式研磨後、有機溶剤を用いて脱脂した。図１に示すように、大板１と小板２との間に厚さ１００μｍのステンレス箔３をはさんで重ね、大板１と小板２との間に１００μｍのすきま４を形成した。この状態で、小板２の長辺にＮｉろう５（ＢＮｉ−５系）を５ｇ塗布した。その後、真空炉に入れて１１３０℃にて１０分加熱した。真空度は約５０Ｐａ、１１３０℃から９００℃までの冷却速度を２０℃／分とした。このうち、Ｎｏ．１については１１３０℃から９００℃までの冷却速度を２２℃／分の条件でも行った。熱処理終了後、図２に示すようにろうが濡れ拡がったすきま部断面（図２（Ａ）参照）を観察して、ろう拡がり部６におけるボイドや割れの有無ならびにＮｉリッチ相率を求めた。ろう拡がり部６には初晶のＮｉリッチ相と共晶部が存在するが、画像解析により２値化してＮｉリッチ相率（面積率）を求めた。
【００７９】
断面観察の結果、１１３０℃から９００℃までの冷却速度を２０℃／分の時、Ｎｏ．１におけるＮｉリッチ相率は４５％と本発明範囲にあり、ボイドや割れは認められなかった。ボイドや割れが認められないことから、靭性が良好である。一方、Ｎｏ．１５におけるＮｉリッチ相率は３７％であり、ボイドや割れが認められた。一方、１１３０℃から９００℃までの冷却速度を２２℃／分としたＮｏ．１におけるＮｉリッチ相率は３６％となり、ボイドや割れが認められた。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明のろう付け性に優れたフェライト系ステンレス鋼は、自動車部品のＥＧＲクーラや排熱回収器、潜熱回収型給湯器の二次熱交換器やエコキュート（登録商標）のプレート型熱交換器などろう付け接合で組み立てられる熱交換器の素材として好適である。
【符号の説明】
【００８１】
１  大板
２  小板
３  ステンレス箔
４  すきま
５  Ｎｉろう
６  ろう拡がり部
【図１】
2018172735.tif 000005
【図２】
2018172735.tif 000006