JP2018048392A - 熱交換器の熱交換部用フェライト系ステンレス鋼板 - Google Patents
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Abstract
【課題】組み立て性に優れた熱交換器の熱交換部用フェライト系ステンレス鋼板を提供すること。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０２０％以下、Ｓｉ：０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．０１〜１．５％、Ｃｒ：１４〜３０％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｎｂ：０．３０〜０．８０％、Ｔｉ：０．０５％以下、Ａｌ：０．００１〜０．０１５％、Ｎｉ：０．６０％以下、Ｎ：０．０２０％以下、であり、かつ下記（１）式および（２）式を満たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ十点平均粗さＲｚが１．５μｍ以下である、熱交換器の熱交換部用フェライト系ステンレス鋼板。Ｃ＋Ｎ≦０．０２５％・・・（１）。Ｎｂ≧１５×（Ｃ＋Ｎ）・・・（２）。ただし、（１）式および（２）式のＣ、Ｎ、Ｎｂはそれぞれの元素の質量％での含有量である。
【選択図】なし
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０２０％以下、Ｓｉ：０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．０１〜１．５％、Ｃｒ：１４〜３０％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｎｂ：０．３０〜０．８０％、Ｔｉ：０．０５％以下、Ａｌ：０．００１〜０．０１５％、Ｎｉ：０．６０％以下、Ｎ：０．０２０％以下、であり、かつ下記（１）式および（２）式を満たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ十点平均粗さＲｚが１．５μｍ以下である、熱交換器の熱交換部用フェライト系ステンレス鋼板。Ｃ＋Ｎ≦０．０２５％・・・（１）。Ｎｂ≧１５×（Ｃ＋Ｎ）・・・（２）。ただし、（１）式および（２）式のＣ、Ｎ、Ｎｂはそれぞれの元素の質量％での含有量である。
【選択図】なし
Description
本発明は、熱交換器の熱交換部用フェライト系ステンレス鋼板に関する。
最近では自動車の燃費向上、エミッション低減、あるいは自動車から無駄に捨てられている排ガスの熱を有効利用する目的で、熱交換器が自動車排気系へ適用されている。
自動車用熱交換器には高温の排ガス（例えば６００℃〜９００℃程度）が流入する。自動車用熱交換器が適用される対象として、ＥＧＲクーラー、排熱回収器がある。
ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）とは、エンジンから排出された排ガスの一部をエンジンのシリンダーに戻し空気とミックスさせ再度燃焼室に戻すシステムである。ゆえに、ＥＧＲを利用しない場合と比べて、シリンダー内の燃焼環境（酸素濃度）が変化する。
例えばディーゼルエンジン自動車ではシリンダー内の酸素濃度を低下させ、ＮＯｘ生成量を減少させる（エミッション低減）目的でＥＧＲを適用する場合が多い。
また、ガソリンエンジン自動車ではＥＧＲをシリンダー内の圧力調整に利用する。その結果負圧が低下し、ポンピングロスが減少し、燃費を向上できる。よって、ガソリンエンジン自動車の多くの車種にＥＧＲが適用されている。
ＥＧＲでは、シリンダー内に送り込む排ガス量の制御が重要である。ＥＧＲでは排ガスの温度を一定温度まで低下させて排ガスの体積を制御するため、ＥＧＲ中に熱交換器（クーラー部）が存在し、排ガスの温度を適切に低下させている。
一方、排熱回収器とは、高温の排ガスでエンジン冷却水を加熱し、加熱された冷却水をヒーターやエンジンの暖機に利用して自動車の燃費を向上させる部品である。排熱回収器でも高温の排ガスから熱を奪う熱交換器が存在する。
近年、自動車用熱交換器の熱交換部にフェライト系ステンレス鋼板が適用されつつある。熱交換器の熱交換部用のフェライト系ステンレス鋼板には、高温特性と耐食性が要求されており、多くの先行技術がある。耐酸化性向上、高温強度向上、耐食性向上などに関するＮｂ、Ｍｏなどの効果は古くから知られており、現状自動車排気系熱交換器の熱交換部には、耐食性レベルに応じて、１８質量％Ｃｒ−Ｎｂ（−Ｍｏ）成分系のフェライト系ステンレス鋼板の適用が増えつつある。
また、通常、伝熱性を高めるため厚さおよそ０．０５〜０．８ｍｍの薄板や箔でフィンやプレート、チューブ等の熱交換部が構成される場合が多い。熱交換部は平板、チューブなどの形状になるようロウ付けされる。熱交換部の形状は多様であり、例えば、波状、巻き形状などもある。熱交換部を構成する素材の厚さが薄いほど伝熱性は優れる傾向にあるため、薄肉化も指向される場合が多い。
フェライト系ステンレス鋼板を用いた熱交換器の熱交換部は、薄板や箔のＮｉろう付けにより組み立てられる。ろう付け性改善のために、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉなど酸化しやすい元素の含有量上限規制が有効であることは古くから知られている。
例えば、特許文献１には、Ｍｏを添加し、かつＳｉとＡｌを低減した、耐酸化性、耐食性、ろう付け性、成形性、高い高温強度を有するフェライト系ステンレス鋼が開示されている。
特許文献２には、ＴｉとＡｌを規定して、ろう付け性を向上させ、Ｃｕ添加により排ガス凝縮水に対する耐食性を向上させたフェライト系ステンレス鋼板が開示されている。
特許文献３には、Ｎｉろう付けに供されるＥＧＲクーラー用として好適なフェライト系ステンレス鋼が開示されている。
特許文献４には、部分再結晶組織を規定し、ろう付け時の粗粒化に対する抵抗を高めたフェライト系ステンレス鋼材が開示されている。
特許文献５には、Ｓｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｔｉ等の含有量を規定し、排ガス凝縮水に対する耐食性を備え、ろう付けに好適なフェライト系ステンレス鋼が開示されている。
特許文献６には、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎ等の含有量を規定した、ろう付け性に優れたフェライト系ステンレス鋼が記載されている。
最近、熱交換器の熱交換部の組み立て性を向上させるため、Ｎｉろう付けを行う前にスポット溶接による仮留めの利用が検討されている。しかし、伝熱性を向上させるため熱交換部を薄肉化した場合、スポット溶接による穴あきが発生しやすくなり、熱交換器の量産時に溶接性が問題となる場合がある。
しかしながら、特許文献１〜６では、熱交換部の薄肉化とスポット溶接性への課題、およびその解決技術については何の開示もされていない。
本発明は以上の背景に鑑みてなされたものである。組み立て性に優れた熱交換器の熱交換部用フェライト系ステンレス鋼板を提供することを本発明の課題とする。
本発明者らは、熱交換器の熱交換部用フェライト系ステンレス鋼板について、表面における十点平均粗さＲｚを、Ｒｚ≦１．５μｍ、好ましくはＲｚ≦１．０μｍとする事で、スポット溶接性を著しく向上できる事を見出した。
スポット溶接は、素材間（例えばフェライト系ステンレス鋼板間）の電気抵抗による発熱を利用する溶接であり、電流一定制御が一般的である。この場合、入熱量は接触抵抗に比例し、鋼板−鋼板間や鋼板−電極間の接触抵抗が高い（表面粗度が小）ため、入熱過多になり穴あきが発生しやすいと考えられ、表面粗度を大きくすることが解の一つであった。
しかしながら、実際の熱交換器の熱交換部の量産ラインでは、薄板や箔の割れや変形を防止するため、電極の加圧力を大きくできない。ゆえに、微視的に観察すると、鋼板と鋼板の接触および鋼板と電極の接触は薄板・箔の表面が備える凹凸の凸部分でしか生じない。結果として、接触抵抗を低下させるため表面祖度を大きくすると、該凸部分にスポット溶接の電流が集中し、穴あきが発生しやすい事が判明した。
つまり、薄板・箔の分野のスポット溶接の耐穴あき性は、厚めの素材を用いる場合と接触抵抗の大小による影響が逆の関係になる。すなわち、薄板・箔の表面粗さを小さくしなければならない。該表面粗さの値を厳密に低減・管理する事で穴あきを抑制できることを本発明者らは見出した。
上記した特許文献に開示されるように、熱交換器の熱交換部の組み立てではろう付けが多用されている。上記した表面粗さを有する薄肉のフェライト系ステンレス鋼板はろう付け性も良好であった。さらに、成分組成の調整により、良好なスポット溶接性を保ちつつ、良好なろう付けが実現できることも本発明者らは見出した。
以上の知見に基づき、本発明者らは組み立て性に優れた熱交換器の熱交換部用フェライト系ステンレス鋼板を完成した。その発明の要旨は次の通りである。
［１］質量％で、
Ｃ：０．０２０％以下、
Ｓｉ：０．０１〜２．０％、
Ｍｎ：０．０１〜１．５％、
Ｃｒ：１４〜３０％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．０１％以下、
Ｎｂ：０．３０〜０．８０％、
Ｔｉ：０．０５％以下、
Ａｌ：０．００１〜０．０１５％、
Ｎｉ：０．６０％以下、
Ｎ：０．０２０％以下、
であり、かつ下記（１）式および（２）式を満たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
かつ十点平均粗さＲｚが１．５μｍ以下である、熱交換器の熱交換部用フェライト系ステンレス鋼板。
Ｃ＋Ｎ≦０．０２５％・・・（１）
Ｎｂ≧１５×（Ｃ＋Ｎ）・・・（２）
ただし、（１）式および（２）式のＣ、Ｎ、Ｎｂはそれぞれの元素の質量％での含有量である。
Ｃ：０．０２０％以下、
Ｓｉ：０．０１〜２．０％、
Ｍｎ：０．０１〜１．５％、
Ｃｒ：１４〜３０％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．０１％以下、
Ｎｂ：０．３０〜０．８０％、
Ｔｉ：０．０５％以下、
Ａｌ：０．００１〜０．０１５％、
Ｎｉ：０．６０％以下、
Ｎ：０．０２０％以下、
であり、かつ下記（１）式および（２）式を満たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
かつ十点平均粗さＲｚが１．５μｍ以下である、熱交換器の熱交換部用フェライト系ステンレス鋼板。
Ｃ＋Ｎ≦０．０２５％・・・（１）
Ｎｂ≧１５×（Ｃ＋Ｎ）・・・（２）
ただし、（１）式および（２）式のＣ、Ｎ、Ｎｂはそれぞれの元素の質量％での含有量である。
［２］さらに、質量％で、ＣｕおよびＭｏから選ばれる１種または２種を合計で３．０％以下含有する、［１］に記載の熱交換器の熱交換部用フェライト系ステンレス鋼板。
［３］さらに、質量％で、
Ｖ：０．５％以下、
Ｂ：０．００５％以下、
Ｃａ：０．００３％以下
のいずれか１種以上を含有する、［１］または［２］に記載の熱交換器の熱交換部用フェライト系ステンレス鋼板。
Ｖ：０．５％以下、
Ｂ：０．００５％以下、
Ｃａ：０．００３％以下
のいずれか１種以上を含有する、［１］または［２］に記載の熱交換器の熱交換部用フェライト系ステンレス鋼板。
［４］板厚が０．３ｍｍ以下である、［１］〜［３］のいずれかに記載の熱交換器の熱交換部用フェライト系ステンレス鋼板。
［５］スポット溶接利用組み立て用である、［１］〜［４］のいずれかに記載の熱交換器の熱交換部用フェライト系ステンレス鋼板。
本発明において、熱交換器の熱交換部は、流体ガスと接触して熱交換を行う部位である。通常、該熱交換部は表面積が大であり、流体ガスとの接触箇所を広く確保している。
本発明のフェライト系ステンレス鋼板は組み立て性に優れる。また、本発明のフェライト系ステンレス鋼板は伝熱性に優れる熱交換器の熱交換部を安定して量産可能である。本発明のフェライト系ステンレス鋼板を適用し、ろう付けを利用して熱交換部を組み立ててよいし、スポット溶接を利用して熱交換部を組み立ててよいし、ろう付けおよびスポット溶接を利用して熱交換部を組み立てても良い。
以下に本発明を具体的に説明する。なお、成分組成の「％」は、「質量％」を意味する。
Ｃ：０．０２０％以下
Ｃを過剰に含有すると、加工性・溶接性・耐食性に悪影響を与える。よって、Ｃ含有量は０．０２０％以下とする。Ｃ含有量は、好ましくは０．０１０％以下である。一方、十分な強度を得るために、Ｃ含有量は０．００３％以上が好ましい。
Ｃを過剰に含有すると、加工性・溶接性・耐食性に悪影響を与える。よって、Ｃ含有量は０．０２０％以下とする。Ｃ含有量は、好ましくは０．０１０％以下である。一方、十分な強度を得るために、Ｃ含有量は０．００３％以上が好ましい。
Ｓｉ：０．０１〜２．０％
Ｓｉは脱酸に有効な元素であり、その効果はＳｉ含有量が０．０１％以上で得られる。Ｓｉ含有量は、０．０５％以上が好ましく、０．１０％超えがより好ましい。Ｓｉ含有量は、０．２０％以上がさらに好ましい。さらに、Ｓｉ含有量は、０．４０％以上が好ましい。一方、Ｓｉ含有量が２．０％を超えると、酸洗性が低下し製造に支障をきたす。よって、Ｓｉ含有量は２.０％以下とする。Ｓｉ含有量は、１．００％以下が好ましく、０．６５％以下がより好ましい。また、良好なろう付け性を確保する観点から、Ｓｉ含有量は０．６０％以下が好ましい。
Ｓｉは脱酸に有効な元素であり、その効果はＳｉ含有量が０．０１％以上で得られる。Ｓｉ含有量は、０．０５％以上が好ましく、０．１０％超えがより好ましい。Ｓｉ含有量は、０．２０％以上がさらに好ましい。さらに、Ｓｉ含有量は、０．４０％以上が好ましい。一方、Ｓｉ含有量が２．０％を超えると、酸洗性が低下し製造に支障をきたす。よって、Ｓｉ含有量は２.０％以下とする。Ｓｉ含有量は、１．００％以下が好ましく、０．６５％以下がより好ましい。また、良好なろう付け性を確保する観点から、Ｓｉ含有量は０．６０％以下が好ましい。
Ｍｎ：０．０１〜１．５％
Ｍｎは、脱酸に有用な元素である。その効果はＭｎ含有量が０．０１％以上で得られる。Ｍｎ含有量は、０．０５％以上が好ましく、０．１０％以上がより好ましい。一方、Ｍｎ含有量が１．５％を超えるとステンレス鋼板の腐食発生の起点となるＭｎＳの生成が顕著となる。よって、Ｍｎ含有量は１．５％以下とする。Ｍｎ含有量は、０．８０％以下が好ましく、０．５０％以下がより好ましく、０．４５％以下がさらに好ましい。
Ｍｎは、脱酸に有用な元素である。その効果はＭｎ含有量が０．０１％以上で得られる。Ｍｎ含有量は、０．０５％以上が好ましく、０．１０％以上がより好ましい。一方、Ｍｎ含有量が１．５％を超えるとステンレス鋼板の腐食発生の起点となるＭｎＳの生成が顕著となる。よって、Ｍｎ含有量は１．５％以下とする。Ｍｎ含有量は、０．８０％以下が好ましく、０．５０％以下がより好ましく、０．４５％以下がさらに好ましい。
Ｃｒ：１４〜３０％
Ｃｒは、ステンレス鋼板の耐食性を確保するため含有量を１４％以上とする。Ｃｒ含有量は、１７.０％以上が好ましく、１８.０％以上がより好ましい。一方、Ｃｒ含有量が３０％を超えると加工性が著しく低下するため上限を３０％とする。Ｃｒ含有量は、２５.０％以下が好ましく、２２．０％以下がより好ましい。また、良好なろう付け性を確保する観点から、Ｃｒ含有量は２１．０％以下が好ましい。
Ｃｒは、ステンレス鋼板の耐食性を確保するため含有量を１４％以上とする。Ｃｒ含有量は、１７.０％以上が好ましく、１８.０％以上がより好ましい。一方、Ｃｒ含有量が３０％を超えると加工性が著しく低下するため上限を３０％とする。Ｃｒ含有量は、２５.０％以下が好ましく、２２．０％以下がより好ましい。また、良好なろう付け性を確保する観点から、Ｃｒ含有量は２１．０％以下が好ましい。
Ｐ：０．０４０％以下
Ｐは、鋼板がろう付けの際に加熱された後の冷却時、粒界に濃縮し鋼板の耐食性を著しく低下させる。よってＰ含有量は特に低く規制する必要があり、０．０４０％を上限とした。Ｐ含有量は、０．０３５％以下が好ましく、０．０２５％以下がより好ましい。Ｐ含有量は低いほど好ましく、含有量の下限は特に規定しない。但し、過剰な脱Ｐはフェライト系ステンレス鋼板の製造コストを悪化させる。よって、Ｐ含有量の下限は、０．０１０％以上が好ましい。
Ｐは、鋼板がろう付けの際に加熱された後の冷却時、粒界に濃縮し鋼板の耐食性を著しく低下させる。よってＰ含有量は特に低く規制する必要があり、０．０４０％を上限とした。Ｐ含有量は、０．０３５％以下が好ましく、０．０２５％以下がより好ましい。Ｐ含有量は低いほど好ましく、含有量の下限は特に規定しない。但し、過剰な脱Ｐはフェライト系ステンレス鋼板の製造コストを悪化させる。よって、Ｐ含有量の下限は、０．０１０％以上が好ましい。
Ｓ：０．０１％以下
Ｓの過剰含有は耐食性に悪影響するため、Ｓ含有量は０．０１％以下とする。Ｓ含有量は、０．００５％以下が好ましく、０．００３％以下がより好ましい。Ｓ含有量は低いほど好ましく、含有量の下限は特に規定しない。
Ｓの過剰含有は耐食性に悪影響するため、Ｓ含有量は０．０１％以下とする。Ｓ含有量は、０．００５％以下が好ましく、０．００３％以下がより好ましい。Ｓ含有量は低いほど好ましく、含有量の下限は特に規定しない。
Ｎｂ：０．３０〜０．８０％
高温の排ガスにさらされた際にもフィンの高温強度を確保する観点から、Ｎｂ含有量の下限は０．３０％とする。Ｎｂ含有量は、０．３５％以上が好ましく、０．４０％以上がより好ましい。一方、Ｎｂ含有量が０．８０％を超えると鋼板が脆化するので、Ｎｂ含有量は０．８０％以下とした。Ｎｂ含有量は、０．７０％以下が好ましく、０．５５％以下がより好ましく、０．４５％以下がさらに好ましい。
高温の排ガスにさらされた際にもフィンの高温強度を確保する観点から、Ｎｂ含有量の下限は０．３０％とする。Ｎｂ含有量は、０．３５％以上が好ましく、０．４０％以上がより好ましい。一方、Ｎｂ含有量が０．８０％を超えると鋼板が脆化するので、Ｎｂ含有量は０．８０％以下とした。Ｎｂ含有量は、０．７０％以下が好ましく、０．５５％以下がより好ましく、０．４５％以下がさらに好ましい。
Ｔｉ：０．０５％以下
Ｔｉはろう付け性を低下させるため、Ｔｉ含有量は０．０５％以下とした。Ｔｉ含有量は、０．０３％以下が好ましい。
Ｔｉはろう付け性を低下させるため、Ｔｉ含有量は０．０５％以下とした。Ｔｉ含有量は、０．０３％以下が好ましい。
Ａｌ：０．００１〜０．０１５％
Ａｌは脱酸に有用な元素である。この効果はＡｌ含有量が０．００１％以上で得られる。よって、Ａｌで脱酸する場合を考慮し、Ａｌ含有量を０．００１％以上とする。しかし、Ａｌ含有量が０．０１５％を超えると、酸洗性が低下し製造に支障をきたす。よって、Ａｌ含有量は０．００１〜０．０１５％とする。また、良好なろう付け性を確保する観点から、Ａｌ含有量は０．００８％以下が好ましい。
Ａｌは脱酸に有用な元素である。この効果はＡｌ含有量が０．００１％以上で得られる。よって、Ａｌで脱酸する場合を考慮し、Ａｌ含有量を０．００１％以上とする。しかし、Ａｌ含有量が０．０１５％を超えると、酸洗性が低下し製造に支障をきたす。よって、Ａｌ含有量は０．００１〜０．０１５％とする。また、良好なろう付け性を確保する観点から、Ａｌ含有量は０．００８％以下が好ましい。
Ｎｉ：０．６０％以下
Ｎｉは耐食性および靭性の改善に有効であり、Ｎｉ含有量は、０．０１％以上が好ましく、０．０５％以上がより好ましく、０．１０％以上がさらに好ましい。一方、Ｎｉ含有量が０．６０％を超えると加工性が低下する。よって、Ｎｉ含有量は０．６０％以下とした。Ｎｉ含有量は、０．４０％以下が好ましい。
Ｎｉは耐食性および靭性の改善に有効であり、Ｎｉ含有量は、０．０１％以上が好ましく、０．０５％以上がより好ましく、０．１０％以上がさらに好ましい。一方、Ｎｉ含有量が０．６０％を超えると加工性が低下する。よって、Ｎｉ含有量は０．６０％以下とした。Ｎｉ含有量は、０．４０％以下が好ましい。
Ｎ：０．０２０％以下
Ｎは、加工性・溶接性・耐食性に悪影響を与える。よってＮ含有量は０．０２０％以下とする。Ｎ含有量は、好ましくは０．０１０％以下である。Ｎ含有量は低いほど好ましく、含有量の下限は特に規定しない。
Ｎは、加工性・溶接性・耐食性に悪影響を与える。よってＮ含有量は０．０２０％以下とする。Ｎ含有量は、好ましくは０．０１０％以下である。Ｎ含有量は低いほど好ましく、含有量の下限は特に規定しない。
Ｃ＋Ｎ≦０．０２５％。但し、Ｃ、Ｎはそれぞれの元素の質量％での含有量
ＣおよびＮの過剰含有は、加工性・溶接性・耐食性に悪影響を与える。本発明ではＣ、Ｎ各元素の含有量のみでなく、ＣおよびＮの合計の含有量も規定する。本発明では、Ｃ含有量およびＮ含有量の合計を０．０２５％以下とする。Ｃ含有量およびＮ含有量の合計は、好ましくは０．０２０％以下であり、さらに好ましくは０．０１５％未満である。
ＣおよびＮの過剰含有は、加工性・溶接性・耐食性に悪影響を与える。本発明ではＣ、Ｎ各元素の含有量のみでなく、ＣおよびＮの合計の含有量も規定する。本発明では、Ｃ含有量およびＮ含有量の合計を０．０２５％以下とする。Ｃ含有量およびＮ含有量の合計は、好ましくは０．０２０％以下であり、さらに好ましくは０．０１５％未満である。
Ｎｂ≧１５×（Ｃ＋Ｎ）。但し、Ｃ、Ｎ、Ｎｂはそれぞれの元素の質量％での含有量
本発明では、ろう付け後の耐食性の観点から、Ｎｂ含有量とＣおよびＮ含有量の関係を規定する。１１００℃程度で行われるろう付け後の耐食性を向上させるため、Ｎｂ含有量は１５×（Ｃ＋Ｎ）以上とした。より好ましくは２０×（Ｃ＋Ｎ）以上である。Ｎｂ含有量の上限については、上述のとおりである。
本発明では、ろう付け後の耐食性の観点から、Ｎｂ含有量とＣおよびＮ含有量の関係を規定する。１１００℃程度で行われるろう付け後の耐食性を向上させるため、Ｎｂ含有量は１５×（Ｃ＋Ｎ）以上とした。より好ましくは２０×（Ｃ＋Ｎ）以上である。Ｎｂ含有量の上限については、上述のとおりである。
本発明では、以上の基本成分の他、以下の成分を含有することもできる。
ＣｕおよびＭｏから選ばれる１種または２種を合計で３．０％以下含有
Ｃｕ、Ｍｏは、耐食性向上に大きな効果があるため必要に応じて含有してよい。その効果を確保する観点から含有量は合計で０．０５％以上が好ましい。好ましくはＭｏを１．５％以上含有する。しかし、Ｃｕ、Ｍｏは耐食性に優れるものの、硬くなりやすい元素であるため、これらの元素の含有量は合計で３．０％以下とすることが好ましい。より好ましくは２．５％以下である。Ｃｕは耐食性に優れるものの、硬くなりやすい元素であり含有量の上限を０．８％とすることがより好ましい。
Ｃｕ、Ｍｏは、耐食性向上に大きな効果があるため必要に応じて含有してよい。その効果を確保する観点から含有量は合計で０．０５％以上が好ましい。好ましくはＭｏを１．５％以上含有する。しかし、Ｃｕ、Ｍｏは耐食性に優れるものの、硬くなりやすい元素であるため、これらの元素の含有量は合計で３．０％以下とすることが好ましい。より好ましくは２．５％以下である。Ｃｕは耐食性に優れるものの、硬くなりやすい元素であり含有量の上限を０．８％とすることがより好ましい。
本発明では、Ｖ：０．５％以下、Ｂ：０．００５％以下、Ｃａ：０．００３％以下のいずれか１種以上を含有してよい。
Ｖ：０．５％以下
Ｖは、ＶＮを形成することでＣｒ窒化物の析出による耐食性の低下を抑制する元素である。この効果は、Ｖ含有量が０．０１％以上で得られるため、Ｖ含有量は０．０１％以上が好ましい。一方、Ｖ含有量が０．５％を超えると加工性が低下するおそれがある。よって、Ｖを含有する場合、Ｖ含有量は０．５％以下が好ましく、０．２０％以下がより好ましい。
Ｖは、ＶＮを形成することでＣｒ窒化物の析出による耐食性の低下を抑制する元素である。この効果は、Ｖ含有量が０．０１％以上で得られるため、Ｖ含有量は０．０１％以上が好ましい。一方、Ｖ含有量が０．５％を超えると加工性が低下するおそれがある。よって、Ｖを含有する場合、Ｖ含有量は０．５％以下が好ましく、０．２０％以下がより好ましい。
Ｂ：０．００５％以下
Ｂは、結晶粒界を強化し、二次加工脆化を抑制する元素である。この効果は、Ｂ含有量が０．０００３％以上で得られるため、Ｂ含有量は０．０００３％以上が好ましい。一方、Ｂ含有量が０．００５％を超えると加工性が低下するおそれがある。よって、Ｂを含有する場合、Ｂ含有量は０．００５％以下が好ましく、０．００３０％以下がより好ましい。
Ｂは、結晶粒界を強化し、二次加工脆化を抑制する元素である。この効果は、Ｂ含有量が０．０００３％以上で得られるため、Ｂ含有量は０．０００３％以上が好ましい。一方、Ｂ含有量が０．００５％を超えると加工性が低下するおそれがある。よって、Ｂを含有する場合、Ｂ含有量は０．００５％以下が好ましく、０．００３０％以下がより好ましい。
Ｃａ：０．００３％以下
Ｃａは、脱酸に有効な元素であり、この効果を得る観点から、Ｃａ含有量は０．０００３％以上が好ましい。一方、Ｃａ含有量が０．００３％を超えると耐食性が低下するおそれがある。従って、Ｃａ含有量は０．００３％以下が好ましい。Ｃａ含有量はより好ましくは０．００２０％以下である。
Ｃａは、脱酸に有効な元素であり、この効果を得る観点から、Ｃａ含有量は０．０００３％以上が好ましい。一方、Ｃａ含有量が０．００３％を超えると耐食性が低下するおそれがある。従って、Ｃａ含有量は０．００３％以下が好ましい。Ｃａ含有量はより好ましくは０．００２０％以下である。
本発明の成分組成において、上記した成分以外の残部はＦｅおよび不可避的不純物である。
本発明は薄板・箔を対象とする。本発明において、板厚は、好ましくは０．３ｍｍ以下であり、より好ましくは０．２ｍｍ以下である。さらに好ましくは板厚０．１ｍｍ以下である。一方、熱交換器の熱交換部として組み立て可能であることを前提として、板厚の下限は特に制限されない。
十点平均粗さＲｚ：１．５μｍ以下
本発明において十点平均粗さＲｚはＪＩＳ Ｂ ０６０１（１９８２）により求める。測定は圧延方向と直角方向（Ｃ方向）に行った。Ｒｚは表面の凹凸の度合いを表し、本発明で非常に重要であり、１．５μｍ以下とする。本発明のような薄板・箔では、スポット溶接での加圧力を高められないため局所的な接触面積が重要となり、Ｒｚが小さいほど均等に電流が流れるので、Ｒｚを低くすることは穴あき抑制に極めて有効である。以上より、Ｒｚは１．５μｍ以下とし、好ましくは１．０μｍ以下である。
本発明において十点平均粗さＲｚはＪＩＳ Ｂ ０６０１（１９８２）により求める。測定は圧延方向と直角方向（Ｃ方向）に行った。Ｒｚは表面の凹凸の度合いを表し、本発明で非常に重要であり、１．５μｍ以下とする。本発明のような薄板・箔では、スポット溶接での加圧力を高められないため局所的な接触面積が重要となり、Ｒｚが小さいほど均等に電流が流れるので、Ｒｚを低くすることは穴あき抑制に極めて有効である。以上より、Ｒｚは１．５μｍ以下とし、好ましくは１．０μｍ以下である。
なお、所望のＲｚは、冷間圧延ロールやスキンパス圧延のロールの表面粗度を調整することにより得られる。しかし、鋼板のＲｚを過度に低減しようとすると製造性が低下する。そのため、Ｒｚは０．１μｍ以上が好ましく、０．５μｍ以上としてもよい。
本発明のフェライト系ステンレス鋼板は、熱交換器の熱交換部用である。該熱交換器は、好ましくは自動車排気系の熱交換器であり、更に好ましくは自動車のＥＧＲまたは排熱回収器である。熱交換部は、フィンやプレート、チューブ等により構成される場合が多い。熱交換部の形状は多様であり、例えば、波状、巻き形状などもある。熱交換部の組み立てを考慮し、本発明の熱交換部用フェライト系ステンレス鋼板は、少なくともろう付けを利用するろう付け利用組み立て用としてよいし、少なくともスポット溶接を利用するスポット溶接利用組み立て用としてよいし、ろう付けおよびスポット溶接を利用するろう付けおよびスポット溶接利用組み立て用としてよい。
次に本発明のフェライト系ステンレス鋼板の好適な製造方法について説明する。上記した成分組成の鋼を、転炉、電気炉、真空溶解炉等の公知の方法で溶製し、さらにＶＯＤ（Ｖａｃｕｕｍ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ）法やＡＯＤ（Ａｒｇｏｎ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ）法等にて二次精錬を行いう。その後連続鋳造法あるいは造塊−分塊法により鋼素材（スラブ）とする。この鋼素材を１０００℃〜１２００℃に加熱後、板厚２．０ｍｍ〜６．０ｍｍになるように熱間圧延する。こうして作製した熱延板を８５０℃〜１１００℃の温度で焼鈍し酸洗を行い、次に、冷間圧延を行い、７００℃〜１０００℃の温度で冷延板焼鈍を行う。冷延板焼鈍は光輝焼鈍で行うことが好ましい。酸化性雰囲気で焼鈍を行った冷延板焼鈍後には酸洗を行い、スケールを除去する。冷延板にはスキンパス圧延を行ってもよい。なお、本発明において、冷間圧延・焼鈍は２回以上としてよい。
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されない。
表１に示す成分組成（残部はＦｅおよび不可避的不純物）を有する鋼を１００ｋｇ鋼塊に溶製した後、１２００℃の温度に加熱して熱間圧延を行って板厚３．０ｍｍの熱延板を得た。その後、１０５０℃での焼鈍、および通常の方法での酸洗を行った後、板厚１．０ｍｍまでの冷間圧延し、さらに９５０℃での焼鈍、通常の方法での酸洗を行った。さらに、板厚０．１ｍｍまで冷間圧延し、９５０〜１０００℃で焼鈍し酸洗した。この際、粗度の異なる圧延ロールを用いて表２に示す十点平均粗さＲｚを有するフェライト系ステンレス鋼板を製造した。
＜スポット溶接性の評価＞
製造した鋼板について、幅３０ｍｍ、長さ２５０ｍｍの試験片を採取しスポット溶接性を評価した。スポット溶接は、上記試験片を２枚重ねて１０ｍｍ間隔で２０点行った。溶接条件は、コンデンサ放電式スポット溶接機を用い、１ｍｍφの電極で５Ｗｓの蓄電量よって行った。
製造した鋼板について、幅３０ｍｍ、長さ２５０ｍｍの試験片を採取しスポット溶接性を評価した。スポット溶接は、上記試験片を２枚重ねて１０ｍｍ間隔で２０点行った。溶接条件は、コンデンサ放電式スポット溶接機を用い、１ｍｍφの電極で５Ｗｓの蓄電量よって行った。
目視により穴あきの発生を確認し、穴あき発生率を、（穴あきした溶接点数）／（全溶接点数２０）に基づき算出した。表２にその結果を示す。表中、◎は穴あき発生率０％、○は穴あき発生率０％超え〜２０％未満、×は穴あき発生率２０％以上を示し、○以上が合格、◎はより好ましい結果である。
＜ろう付け性の評価＞
製造した鋼板から、幅５０ｍｍ、長さ５０ｍｍの試験片を切出し、表面に直径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍのＮｉ含有ろう（ＪＩＳ規格：ＢＮｉ−５）を設置し、１１５０℃、１Ｔｏｒｒの窒素キャリアガス雰囲気で１０分間加熱した後、常温まで冷却し、試験片表面のろう材の円相当直径を測定した。円相当直径は、試験片表面上に広がったろうの外周上の２点以上と接し、その内部にろう材が完全に入る最小の円の直径として求めた。下記ろう材の広がり率を求め、◎、○、×で評価した。表２にその結果を示す。
製造した鋼板から、幅５０ｍｍ、長さ５０ｍｍの試験片を切出し、表面に直径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍのＮｉ含有ろう（ＪＩＳ規格：ＢＮｉ−５）を設置し、１１５０℃、１Ｔｏｒｒの窒素キャリアガス雰囲気で１０分間加熱した後、常温まで冷却し、試験片表面のろう材の円相当直径を測定した。円相当直径は、試験片表面上に広がったろうの外周上の２点以上と接し、その内部にろう材が完全に入る最小の円の直径として求めた。下記ろう材の広がり率を求め、◎、○、×で評価した。表２にその結果を示す。
加熱前に対する加熱後のろう材の広がり率＝（試験後のろう材の円相当直径／試験前のろう材の円相当直径）×１００（％）
◎（合格、優れている）：２００％以上
○（合格）：１５０％以上２００％未満
×（不合格）：１５０％未満
表２に示す結果のとおり、本発明の成分組成、Ｒｚを有する鋼板は、優れたスポット溶接性およびろう付け性を示した。特に、Ｒｚが１．０μｍ以下の発明例はより優れたスポット溶接性を示した。また、Ｓｉ含有量が０．６０％以下、かつＡｌ含有量が０．００８％以下の鋼でより優れたろう付け性を示した。
◎（合格、優れている）：２００％以上
○（合格）：１５０％以上２００％未満
×（不合格）：１５０％未満
表２に示す結果のとおり、本発明の成分組成、Ｒｚを有する鋼板は、優れたスポット溶接性およびろう付け性を示した。特に、Ｒｚが１．０μｍ以下の発明例はより優れたスポット溶接性を示した。また、Ｓｉ含有量が０．６０％以下、かつＡｌ含有量が０．００８％以下の鋼でより優れたろう付け性を示した。
即ち、本発明のフェライト系ステンレス鋼板は、スポット溶接およびろう付けに好適で、組み立て性に優れている。また、本発明のフェライト系ステンレス鋼板は薄肉化による伝熱性の向上も可能である。よって、本発明のフェライト系ステンレス鋼板は熱交換器の熱交換部用として好ましい。
Claims (5)
- 質量％で、
Ｃ：０．０２０％以下、
Ｓｉ：０．０１〜２．０％、
Ｍｎ：０．０１〜１．５％、
Ｃｒ：１４〜３０％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．０１％以下、
Ｎｂ：０．３０〜０．８０％、
Ｔｉ：０．０５％以下、
Ａｌ：０．００１〜０．０１５％、
Ｎｉ：０．６０％以下、
Ｎ：０．０２０％以下、
であり、かつ下記（１）式および（２）式を満たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
かつ十点平均粗さＲｚが１．５μｍ以下である、熱交換器の熱交換部用フェライト系ステンレス鋼板。
Ｃ＋Ｎ≦０．０２５％・・・（１）
Ｎｂ≧１５×（Ｃ＋Ｎ）・・・（２）
ただし、（１）式および（２）式のＣ、Ｎ、Ｎｂはそれぞれの元素の質量％での含有量である。 - さらに、質量％で、ＣｕおよびＭｏから選ばれる１種または２種を合計で３．０％以下含有する、請求項１に記載の熱交換器の熱交換部用フェライト系ステンレス鋼板。
- さらに、質量％で、
Ｖ：０．５％以下、
Ｂ：０．００５％以下、
Ｃａ：０．００３％以下
のいずれか１種以上を含有する、請求項１または２に記載の熱交換器の熱交換部用フェライト系ステンレス鋼板。 - 板厚が０．３ｍｍ以下である、請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器の熱交換部用フェライト系ステンレス鋼板。
- スポット溶接利用組み立て用である、請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換器の熱交換部用フェライト系ステンレス鋼板。
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-
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