(57)【要約】【課題】  ＮｉろうやＣｕろう付け性が良好な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：０．０３％以下、Ｓｉ：０．１越え〜１％、Ｍｎ：２％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１６〜２５％、Ｎｂ：０．１５〜０．８％、Ｎ：０．０３％以下、Ａｌ：０．０３％以下Ｔｉ：０．０３％以下残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる、ろう付け用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：０．０３％以下、
Ｓｉ：０．１越え〜１％、
Ｍｎ：２％以下、
Ｐ：０．０５％以下、
Ｓ：０．０３％以下、
Ｃｒ：１６〜２５％、
Ｎｂ：０．１５〜０．８％、
Ｎ：０．０３％以下、
Ａｌ：０．０３％以下
Ｔｉ：０．０３％以下
残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる、ろう付け用フェライト系ステンレス鋼。
【請求項２】
さらに、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｖ、ＷおよびＣｏの１種以上を合計４％以下の範囲で含有する請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼。
【請求項３】
さらにＲＥＭ（希土類元素）およびＣａの１種類以上を合計０．２％以下の範囲で含有する請求項２に記載のフェライト系ステンレス鋼。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載の水素ろう付け用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、熱交換器などを構成する部材として用いるフェライト系ステンレス鋼に関するものであり、特に水素雰囲気でろう付けすることによって組み立てられる鋼材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器の形状は多管式、積層プレート式などがある。製造にあたりパイプやプレートの接合を行う場合には、機械的な継ぎ手による接合、溶接、ろう付けなどが行われる。これらのうち、小型の熱交換器の製造に最もよく用いられる接合方法がＮｉまたはＣｕろう付けである。ろう付けは、真空あるいは水素雰囲気のような還元性の雰囲気中で、１０００℃以上の温度に保持して行われる。
このような条件でステンレス鋼の不動態皮膜を還元しつつ、Ｎｉろうを溶融させることでろうがステンレス鋼の表面をぬれ拡がり、ろう付けができるのである。
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に比較してぬれ性が劣り、安定したろう付けが困難である場合があった。これに対して、Ｔｉ、Ａｌ量を適切にすることでろう付け性を向上させてフェライト系ステンレス鋼が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１７４０４６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の発明を利用することで、フェライト系ステンレス鋼のろう付けを安定して行うことができると期待された。しかしながら、工業的なろう付け炉による生産においては、必ずしも期待されたろう付け性が得られない場合があることが分かった。その原因について検討した結果、以下のことが分かった。
【０００５】
水素雰囲気でのろう付けの場合、水素によって不動態皮膜を還元すると同時に水素自身は酸化して水蒸気となる。そのために露点が低下し、Ａｌの酸化皮膜が形成されてぬれ性が低下する。
真空でのろう付けの場合、真空度が１Ｐａ以下の高真空に保たれていれば良好なぬれ拡がり性を示すが、ろう材の蒸散のためにＡｒやＮ２を導入して真空度を下げた場合、あるいは何らかの理由で真空度が悪化した場合には、やはりＡｌの酸化皮膜が形成されてぬれ性が低下する。
【０００６】
Ｔｉも同様の作用を持つが、Ｔｉは意図的に添加しない限り、その含有量は０．０３％以下であり酸化皮膜を形成することはない。しかし、Ａｌは脱酸材として用いることから、意識的に調整しない場合は、ある程度のＡｌを含有することになる。工業的に安定したろう付けを行うためには特許文献１に記載されているＡｌ量の制限では十分ではなく、鋼中のＡｌ量を十分に低くし、Ａｌの酸化皮膜が形成されるのを抑制する必要がある。
上記問題は、特に水蒸気起因の酸化が起こりやすい水素雰囲気において顕著となる。そのため、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、ろう付け性に優れるフェライト系ステンレス鋼が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、ステンレス鋼中のＴｉ，Ａｌ含有量を厳しく制限し、ろう付け性を阻害する酸化皮膜の生成を防止することにより達成される。
具体的には、質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．１越え〜１％、Ｍｎ：２％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１６〜２５％、Ｎｂ：０．１５〜０．８％、Ｎ：０．０３％以下、Ｔｉ：０．０３％以下、Ａｌ：０．０３％以下を含み、その他必要に応じて、
（１）Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｖ、ＷおよびＣｏの１種以上を合計４％以下の範囲、
（２）ＲＥＭ（希土類元素）およびＣａの１種類以上を合計０．２％以下の範囲、
でそれぞれ選択的に含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるフェライト系ステンレス鋼によって達成される。
【０００８】
図１にＢＮｉ−５，７およびＢＣｕ−１の各種ろう材を用いた場合のろう付け性とステンレス鋼中のＡｌ含有量を示す。ろう付けは露点−５０℃の水素雰囲気中で、昇温時間２０分でろう付け温度まで昇温し、１０分間保持することで行った。ろう付け温度はＢＮｉ−５が１１５０℃、ＢＮｉ−７が１０００℃、ＢＣｕ−１が１１２０℃とした。
Ａｌ含有量が０．０３％以下の鋼材は、いずれのろう材を用いてぬれ面積１００ｍｍ２以上の良好な拡がり性を示すことがわかる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＮｉろうやＣｕろう付け性が良好なフェライト系ステンレス鋼が提供できる。この鋼を用いることにより、オーステナイト系ステンレス鋼を部材に用いていた従来の熱交換器部材に比べ材料コストの低い熱交換器が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、水素雰囲気における各ろう材に対するろうのぬれ拡がり性と鋼材のＡｌ含有量の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明のフェライト系ステンレス鋼を構成する各合金元素について範囲選定理由について説明する。
【００１２】
Ｃ、Ｎはステンレス鋼中に不可避的に含まれる元素である。Ｃ含有量およびＮ含有量を低減すると、炭化物、窒化物の生成が少なくなり、溶接性および溶接部の耐食性が向上する。しかし、低減のためには精錬時間が長くなり、ステンレス鋼製造のコスト上昇を招くため、Ｃは０．０２０質量％まで、Ｎは０．０２０質量％までの含有を許容することにした。
【００１３】
Ｓｉはステンレス鋼の脱酸剤として添加される。しかし、過剰のＳｉ含有はフェライト相を硬質化させ、加工性や靭性を劣化させる要因となることから、本発明においては上限を１％とする。
【００１４】
Ｍｎはステンレス鋼に不純物として含まれているＳと結合し、化学的に不安定な硫化物であるＭｎＳを形成して耐食性を低下させる。したがってＭｎ含有量は低いほど好ましく、本発明においては、２％を上限とする。
【００１５】
Ｐは、母材およびろう付け部の靭性を損なうので低い方が望ましい。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に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、０．０５質量％までのＰ含有を許容する        
【００１６】
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り、またろう付け部の高温割れが生じやすくなるので、Ｓ含有量は０．０３質量％以下に規定される。
【００１７】
Ｃｒは、不動態皮膜の主要構成元素であり、耐孔食性や耐隙間腐食性などの局部腐食性の向上をもたらす。しかし、Ｃｒ含有量が多くなると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。したがって本発明ではＣｒ含有量を１６〜２５質量％とする。
【００１８】
ＮｂはＣ、Ｎを固定し、ステンレス鋼で問題となる粒界腐食を防止するのに有効な元素であり、０．１５％以上の添加が必要である。ただし過剰に添加すると、ステンレス鋼を硬質化して、本発明では、Ｎｂ含有量は０．８０質量％を上限とする。
【００１９】
ＴｉはＮｂと同様にＣ、Ｎを固定し、ステンレス鋼で問題となる粒界腐食を防止する目的では有効な元素である。しかし非常に酸化しやすい元素であることから、高真空や低露点の水素雰囲気中でも容易にＴｉの酸化皮膜を形成し、ろう付け性を低下させる。したがって本発明では、不純物として混入するＴｉ含有量は０．０３質量％に制限する。
【００２０】
Ａｌは脱酸材として用いるものである。Ｔｉと同様に非常に酸化しやすい元素であることから高真空や低露点の水素雰囲気中でも容易にＡｌの酸化皮膜を形成し、ろう付け性を低下させる。したがって、本発明ではＡｌを用いずに脱酸をするか、Ａｌ脱酸の場合でも鋼中に残留するＡｌ含有量を０．０３質量％を上限とする。  
【００２１】
Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｖ、Ｗ、Ｃｏは、Ｃｒとともに耐食性レベルを向上させるための有効な元素であり、使用用途に応じて適切な量の添加を行ってよい。また、熱間加工性の改善のためにＲＥＭ（希土類元素）、Ｃａを添加することもできる。
添加する場合の上限は、それぞれ以下の通りである。
Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｖ、ＷおよびＣｏ：合計４％以下
ＲＥＭ（希土類元素）、Ｃａ：合計０．２％以下
【実施例】
【００２２】
表１に示す化学組成を有するステンレス鋼を溶製し、熱間圧延にて板厚３ｍｍの熱延板を作製した。その後、冷間圧延にて板厚１．０ｍｍとし、仕上焼鈍を１０００〜１０７０℃で行い、酸洗を施すことによって供試材とした。なお、比較鋼１７はオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４Ｌである。
【００２３】
【表１】
2011157616.tif 000002
【００２４】
得られた鋼材を用いてろうのぬれ拡がり性を評価した。５０ｍｍ×５０ｍｍの平板の上に、０．１ｇのろうをφ６ｍｍ（面積２８ｍｍ２）の範囲に塗布し、下表の水素雰囲気の条件でろう付け処理を行った。
【００２５】
【表２】
2011157616.tif 000003
【００２６】
ろう付け処理後、ろうがぬれ拡がった面積を求めた。Ｎｉろうの場合は、ぬれ面積が１００ｍｍ２以上の場合を合格（○）、１００ｍｍ２未満の場合を不合格（×）とし、Ｃｕろうの場合は、ぬれ拡がり面積が７０ｍｍ２以上の場合を合格、７０ｍｍ２未満の場合を不合格（×）とし、表１中に示す。本発明範囲内にある鋼種はいずれのろうに対してもぬれ性が良い。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
以上説明したように、本発明を用いることで、ＮｉろうやＣｕろう付け性が良好なフェライト系ステンレス鋼が提供できる。この鋼を用いることにより、オーステナイト系ステンレス鋼を部材に用いていた従来の熱交換器部材に比べ材料コストの低い熱交換器が実現される。
【図１】
2011157616.tif 000004