JP2018083979A - 熱交換器部材用オーステナイト系ステンレス鋼およびNiろう付け接合熱交換器部材 - Google Patents
熱交換器部材用オーステナイト系ステンレス鋼およびNiろう付け接合熱交換器部材 Download PDFInfo
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- Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)
Abstract
【解決手段】質量%で、C:0.005〜0.05%、Si:1.5超え〜4.0%、Mn:0.2〜4.0%、Cr:16〜30%、Ni:9〜34%、N:0.005〜0.15%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、Ni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、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熱交換器部材用オーステナイト系ステンレス鋼およびNiろう付け接合熱交換器部材。
【選択図】なし
Description
〔1〕質量%で、C:0.005〜0.2%、Si:1.5超え〜4.0%、Mn:0.2〜4%、Cr:16〜30%、Ni:8〜34%、N:0.005〜0.4%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる熱交換器部材用オーステナイト系ステンレス鋼であって、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、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熱交換器部材用オーステナイト系ステンレス鋼。
〔2〕質量%で、C:0.005〜0.2%、Si:1.5超え〜4.0%、Mn:0.2〜4%、Cr:16〜30%、Ni:8〜34%、N:0.005〜0.4%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、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熱交換器部材用オーステナイト系ステンレス鋼。
[3]更に、質量%で、Mo:0.1〜4%、W:0.1〜4%、V:0.05〜0.5%、Nb:0.01〜0.5%、Cu:0.1〜3%、Co:0.01〜1%のうち何れか1種又は2種以上を含有することを特徴とする〔1〕又は〔2〕に記載の熱交換器部材用オーステナイト系ステンレス鋼。
〔4〕更に、質量%で、Ti:0.001〜0.03%、Al:0.001〜0.1%、Ca:0.0002〜0.005%、Mg:0.0002〜0.005%、REM:0.005〜0.1%、Bi:0.001〜0.01%、B:0.0002〜0.005%のうち何れか1種又は2種以上を含有することを特徴とする〔1〕〜〔3〕のいずれか一つに記載の熱交換器部材用オーステナイト系ステンレス鋼。
〔5〕〔2〕〜〔4〕のいずれか一つに記載の熱交換器部材用オーステナイト系ステンレス鋼を用いたNiろう付け接合熱交換器部材。
本発明で対象にしている熱交換器類は、プレート、フィンおよびケースなど各種形状に成形後、Niろうを用いて真空中もしくは水素雰囲気中でろう付け接合されて製造される。
Cは、高温強度を確保するために0.005%以上含有させることが必要である。しかしながら過剰の添加は鋼を硬質化させると共に耐粒界腐食性を低下させるため、Cの含有量を0.2%以下とする。好ましくは0.008%以上、0.15%以下、より好ましくは0.01%以上、0.1%以下である。
Siは、本発明において最も重要な元素であり、ろう付け性とろう付け継手の靭性を向上させる。耐酸化性および耐高温塩害性にも効果があり、1.5%を超えて含有させることが必要である。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ともに鋼を硬質化させ成形性を低下させるため、Siの含有量を4.0%以下とする。好ましくは1.7%以上、3.7%以下、より好ましくは1.9%以上、3.4%以下である。
Mnは、脱酸元素として有用な元素であり、少なくとも0.2%以上含有させることが必要である。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4.0%以下とする。好ましくは、0.3%以上、3.0%以下である。
Crは、耐食性を確保する上で基本となる元素である。熱交換器類の場合、多くの場合燃焼排ガスが経路内を流れ、冷却水等により冷却されて結露し、腐食性の凝縮水が生成する。そのため熱交換器に用いる鋼板には排ガス凝縮水に対する耐食性が求められる。また、屋外で使用される熱交換器の場合には、外面からの塩害耐食性も必要である。このような観点から、Crの含有量として少なくとも16%以上必要である。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、成形性、製造性を低下させるため30%以下とした。好ましくは16.5%以上、27%以下である。より好ましくは17%以上、24%以下である。
Niは、耐食性を向上させる元素であると共に、オーステナイト相を安定化させるのに重要な元素である。しかし、過剰の添加は製造を低下させるとともに高価なためコストアップにもつながるため8%以上、34%以下とする。好ましくは9%以上、30%以下、より好ましくは10%以上、26%以下である。
Nは、高温強度および耐孔食性に有用な元素であるため、0.005%以上含有させることが必要である。しかしながら過剰の添加は、鋼を硬質化させるため、Nの含有量は0.4%以下とする。好ましくは0.02〜0.3%である。より好ましくは0.04〜0.1%、さらに好ましくは0.05〜0.08%である。高温強度の観点からCとNの合計含有量は0.05%以上とすることが好ましい。
Moは、高温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、4%以下含有させることができる。また、排ガス凝縮水に対する耐食性や外面からの塩害耐食性において、その耐銹性ならびに耐孔あき性を向上させる効果を有する。しかし、過剰の添加は製造性を低下させるとともに、鋼を硬質化させ成形性を低下させる。また、高価なためコストアップにもつながる。好ましくは0.4〜3.2%である。より好ましくは0.8〜2.3%である。
Wは、耐食性を向上させる上で、必要に応じて0.1%以上、4%以下含有させることができる。特に、排ガス凝縮水に対する耐食性や外面からの塩害耐食性において、その耐銹性ならびに耐孔あき性を向上させる効果を有する。しかし、過剰の添加は、製造性を劣化させると共に、鋼を硬質化させ成形性を低下させる。また、高価であるためコストアップにもつながる。好ましくは0.5〜3.6%である。
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、成形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。
Nbは、CおよびNを固定し耐粒界腐食性を向上させると共に、高温強度を向上させるので、0.01%以上含有させるのが好ましい。しかしながら、過剰の添加は、成形性を低下させるため、Nbの含有量の上限を0.5%とした。好ましくは0.03〜0.3%、より好ましくは0.05〜0.2%である。
Cuは、耐食性、特に耐応力腐食割れ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。過剰の添加は、成形性を低下させるので3%以下含有させることが好ましい。好ましくは0.3〜2.5%、より好ましくは0.5〜2.0%である。
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。過剰の添加はコストアップにつながるため1%以下含有させるのが好ましい。より好ましくは0.03%以上、0.4%以下である。
Tiは、CおよびNを固定し耐粒界腐食性を向上させるうえで有用な元素であるため、0.001%以上含有させることができる。しかしながら、ろう付け性を劣化させるため、その含有量を0.03%以下に制限することが好ましい。より好ましくは0.002%以上、0.025%以下、さらに好ましくは0.003%以上、0.02%以下である。
Alは、脱酸効果等を有するので精練上有用な元素であるため、必要に応じて0.001%以上含有させることができる。しかしながら、ろう付け性を劣化させるため、その含有量を0.1%以下に制限することが好ましい。より好ましくは0.003%以上、0.05%以下、さらに好ましくは0.005%以上、0.03%以下である。
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、0.0005〜0.003%である。
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0.0004〜0.002%である。
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、0.08%以下である。
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。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0.002%以上、0.008%以下である。
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。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0.0004〜0.004%である。
冷延圧延焼鈍板より幅70mm、長さ70mmを3枚ずつ切り出した。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。その後、板の中央にNiろう(BNi−5系)を0.5g載せ、真空炉に入れて1130℃にて10分加熱した。真空度は約50Paであった。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。
ろう拡がり係数=熱処理後ろう面積/初期ろう面積
冷間圧延焼鈍板から幅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、参考例1のみ1130℃から900℃までの冷却速度を22℃/分とした。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。
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
Claims (5)
- 質量%で、
C:0.005〜0.2%、Si:1.5超え〜4.0%、Mn:0.2〜4.0%、Cr:16〜30%、Ni:8〜34%、N:0.005〜0.4%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる熱交換器部材用オーステナイト系ステンレス鋼であって、
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、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熱交換器部材用オーステナイト系ステンレス鋼。 - 質量%で、
C:0.005〜0.2%、Si:1.5超え〜4.0%、Mn:0.2〜4.0%、Cr:16〜30%、Ni:8〜34%、N:0.005〜0.4%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、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熱交換器部材用オーステナイト系ステンレス鋼。 - 更に、質量%で、Mo:0.1〜4%、W:0.1〜4%、V:0.05〜0.5%、Nb:0.01〜0.5%、Cu:0.1〜3%、Co:0.01〜1%のうち何れか1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の熱交換器部材用オーステナイト系ステンレス鋼。
- 更に、質量%で、Ti:0.001〜0.03%、Al:0.001〜0.1%、Ca:0.0002〜0.005%、Mg:0.0002〜0.005%、REM:0.005〜0.1%、Bi:0.001〜0.01%、B:0.0002〜0.005%のうち何れか1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の熱交換器部材用オーステナイト系ステンレス鋼。
- 請求項2〜請求項4のいずれか一項に記載の熱交換器部材用オーステナイト系ステンレス鋼を用いたNiろう付け接合熱交換器部材。
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JP2016229184A JP6807221B2 (ja) | 2016-11-25 | 2016-11-25 | Niろう付け接合熱交換器部材 |
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-
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Cited By (1)
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RU2716922C1 (ru) * | 2019-08-14 | 2020-03-17 | Общество с ограниченной отвественностью "Лаборатория специальной металлургии" (ООО "Ласмет") | Аустенитная коррозионно-стойкая сталь с азотом |
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