JP2019130586A

JP2019130586A - オーステナイト系ステンレス鋼板のセット、接合体の製造方法、および接合体

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Publication number: JP2019130586A
Application number: JP2018017633A
Authority: JP
Inventors: 一成今川; Kazunari Imagawa; 芳明堀; Yoshiaki Hori
Original assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2018-02-02
Filing date: 2018-02-02
Publication date: 2019-08-08
Anticipated expiration: 2038-02-02
Also published as: JP7077033B2

Abstract

【課題】拡散接合時における面圧を高くすることなく、拡散接合を行う。【解決手段】本発明のオーステナイト系ステンレス鋼板である仕切り板（１５）は、鋼板同士の拡散接合時に０．５〜３．５ＭＰａの面圧を加えた場合のたわみ量が３０μｍ以下の範囲に収まり、かつ、たわみ量が前記範囲である場合に、仕切り板（１５）と流路板（１６）とを２．５〜９．０ＭＰａで拡散接合するときに、座屈が発生しないように、板厚が０．３〜０．７ｍｍの範囲に設定されている。【選択図】図３

Description

本発明は、拡散接合するのに好適なオーステナイト系ステンレス鋼板などに関する。

ステンレス鋼材同士を拡散接合する手法は、熱交換器、機械部品、燃料電池部品、家電製品部品、プラント部品、装飾品構成部材、建材など、種々の用途で利用されている。拡散接合にはインサート材挿入法と直接法がある。インサート材挿入法は、接合するステンレス鋼材と馴染みがよい異別の金属材料からなるインサート材を接合界面に挿入し、固相拡散または液相拡散により双方のステンレス鋼材を接合する手法である。インサート材挿入法では、インサート材を用いることによるコスト増や、接合箇所に異種金属が存在することによる耐食性の低下が問題となりやすい。

直接法は、インサート材を用いずに双方のステンレス鋼材の表面同士と直接接触させ、固相拡散により接合する手法である。例えば、特許文献１には、特定の組成を有する直接拡散接合用のフェライト系ステンレス鋼を用いる方法が開示されている。

特開２０００−３０３１５０号公報（２０００年１０月３１日公開）

ところで、ステンレス鋼材の中には、耐食性および耐熱性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼が存在する。特許文献１の技術は、フェライト系ステンレス鋼に対する技術であり、オーステナイト系ステンレス鋼には適用できない。

また、オーステナイト系ステンレス鋼は、原子の拡散の進行が遅いため、拡散接合が起こりにくい。そのため、拡散接合時に印加する面圧を高くする必要がある。しかしながら、面圧を高くしてしまうと、オーステナイト系ステンレス鋼板が大きく変形してしまうという問題があった。

本発明の一態様は、鋼板の変形を抑制しつつ拡散接合を行うことができるオーステナイト系ステンレス鋼板のセットを実現することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様に係るオーステナイト系ステンレス鋼板のセットは、拡散接合に用いられる複数のオーステナイト系ステンレス鋼板を含むオーステナイト系ステンレス鋼板のセットであって、前記鋼板としての、流路が形成されている第１鋼板と、第２鋼板と、接合面に垂直な方向から見たときに前記流路と交差する流路が形成されている第３鋼板とを含み、前記第３鋼板は、前記第１鋼板と前記第２鋼板とを拡散接合した後に、２．５〜９．０ＭＰａの面圧を加えて前記第２鋼板と拡散接合される鋼板であり、前記第１鋼板と前記第２鋼板との拡散接合時に０．５〜３．５ＭＰａの面圧を加えた場合の前記第２鋼板のたわみ量が３０μｍ以下の範囲に収まるように、前記第２鋼板の板厚が０．３〜０．７ｍｍの範囲に設定されている。

上記の構成によれば、第２鋼板の板厚を０．３〜０．７ｍｍにすることにより、０．５〜３．５ＭＰａの面圧を加えた後の鋼板のたわみ量が３０μｍ以下とすることができる。その結果、後の拡散接合において２．５〜９．０ＭＰａの面圧を加えることにより第２鋼板と第３鋼板とを接合させることができる。また、２．５〜９．０ＭＰａの面圧を加えた場合には、第３鋼板が大きく変形しない（座屈が起こらない）。すなわち、第３鋼板の変形を抑制しつつ拡散接合を行うことができる。

本発明の第２の態様に係るオーステナイト系ステンレス鋼板のセットにおいて、前記鋼板は、Ｃｒ：１６．０質量％〜２０．０質量％、Ｎｉ：８．０質量％〜１５．０質量％、Ｓｉ：０．００１質量％〜１．０質量％、Ｃ：０．０８質量％以下、を含む構成であってもよい。

本発明の第３の態様に係るオーステナイト系ステンレス鋼板において、前記鋼板は、Ｃｒ：１６．０質量％〜１８．０質量％、Ｎｉ：１０．０質量％〜１５．０質量％、Ｓｉ：０．００１質量％〜１．０質量％、Ｍｏ：２．０質量％〜３．０質量％、Ｃ：０．０８質量％以下、を含む構成であってもよい。

本発明の第４の態様に係るオーステナイト系ステンレス鋼板において、前記鋼板は、Ｃｒ：１６．０質量％〜１８．０質量％、Ｎｉ：１２．０質量％〜１５．０質量％、Ｓｉ：０．００１質量％〜１．０質量％、Ｍｏ：２．０質量％〜３．０質量％、Ｃ：０．０３０質量％以下、を含む構成であってもよい。

本発明の第５の態様に係る接合体の製造方法は、Ｃｒ：１６．０質量％〜２０．０質量％、Ｎｉ：８．０質量％〜１５．０質量％、Ｓｉ：０．００１質量％〜１．０質量％、Ｍｏ：０．０質量％〜３．０質量％、Ｃ：０．０８質量％以下、を含むオーステナイト系ステンレス鋼板のセットを拡散接合することにより製造される接合体の製造方法であって、０．５〜３．５ＭＰａの面圧を加えることにより、流路が形成されている前記鋼板としての第１鋼板と、板厚が０．３〜０．７ｍｍの前記鋼板としての第２鋼板とを拡散接合する第１拡散接合工程と、前記第１拡散接合工程後の前記第２鋼板と、前記第１鋼板および前記第２鋼板とは別の前記鋼板としての第３鋼板であって接合面に垂直な方向から見たときに前記流路と交差する流路が形成されている鋼板とを２．５〜９．０ＭＰａで拡散接合する第２拡散接合工程とを含む。

本発明の第６の態様に接合体は、態様１〜４のいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼板のセットで構成された接合体である。

本発明の一態様によれば、鋼板の変形を抑制しつつ拡散接合を行うことができる。

本発明の実施形態１に係る熱交換器の製造における拡散接合を説明するための図である。上記熱交換器の構造を示す図である。（ａ）は、上記熱交換器が備える下板、仕切り板および上板の構成を示す上面図であり、（ｂ）は、上記熱交換器が備える流路板の構成を示す上面図であり、（ｃ）は、上記流路板とは別の流路板の構成を示す上面図である。上記熱交換器の断面図である。本発明の実施例における実験条件および実験結果を示す図である。本発明の実施例における上板の構成を示す上面図である。

以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。なお、本明細書中の「Ａ〜Ｂ」は「Ａ以上、Ｂ以下」を意味し、例えば、明細書中で「１％〜５％」または「１〜５％」と記載されていれば「１％以上、５％以下」を示す。また、本明細書で挙げられている各種物性は、特記しない限り、後述する実施例に記載の方法により測定した値を意味する。また、本明細書では、特に明記しない限り、組成を示す際に用いる「％」は、「質量％」を意味するものとする。

本実施形態では、本発明の一態様のオーステナイト系ステンレス鋼板のセットからなる複数のプレート材を積層し、上記プレート材を拡散接合させて接合体としての熱交換器を製造する方法について説明する。ただし、本発明のオーステナイト系ステンレス鋼板のセットは、熱交換器以外の製品（接合体）を製造するために用いることができる。

図１は、本実施形態における熱交換器１０（図２参照）の製造における拡散接合（後述する第１拡散接合または第２拡散接合）を説明するための図である。図１に示すように、熱交換器１０の製造における拡散接合は、ホットプレス装置Ｈを用いて行われる。ホットプレス装置Ｈは、所定の雰囲気内で加圧および過熱を行うことができるようになっている。図１に示すように、本実施形態における拡散接合は、ホットプレス装置Ｈにおいて、（１）複数のプレート材（図１の例では、後述する下板１１、流路板１２〜１４、および仕切り板１５）からなる積層体（図１の例では、第１積層体２０）の両面（上下面）に離型部材２を配置し、（２）離型部材２を介して上記積層体を挟むように押え治具３を配置し、（３）押え治具３を介して上記積層体を加圧装置４で押圧することにより行われる。詳しくは、後述する。

（オーステナイト系ステンレス鋼板の成分組成）
上記プレート材として用いられる本発明の一態様のオーステナイト系ステンレス鋼板は、以下の成分を有する。

Ｃｒは、耐食性を確保する上で重要なステンレス鋼板の主要成分である。また、酸化皮膜中のＣｒ酸化物の割合を増大させることは、還元されにくいＳｉ酸化物、Ｔｉ酸化物、Ａｌ酸化物などの存在割合を減少させるためにも有効である。本実施形態におけるオーステナイト系ステンレス鋼板のＣｒ含有量は、１６．０質量％〜２０．０質量％である。

Ｎｉは、オーステナイト単相組織を得るために有効な元素である。本実施形態におけるオーステナイトステンレス鋼板のＮｉ含有量は、８．０質量％〜１５．０質量％である。

Ｓｉは、脱酸剤やその他の目的でオーステナイト系ステンレス鋼板に添加される。本実施形態におけるオーステナイト系ステンレス鋼板のＳｉ含有量は、０．００１質量％〜１．０質量％である。

Ｍｏは、海水や各種媒質への耐食性を向上させるための成分である。本実施形態におけるオーステナイトステンレス鋼板のＭｏ含有量は、２．０質量％〜３．０質量％を含むことが好ましい。ただし、Ｍｏを必ずしも含まなくてもよい。

Ｃは、Ｃｒと結合してクロム炭化物を析出し、粒界腐食を引き起こす元素である。そのため、Ｃの含有量は、低いほうがよい。本実施形態におけるオーステナイトステンレス鋼板のＣ含有量は、０．０８質量％以下である。なお、ステンレス鋼板の粒界腐食性を向上させるためには、Ｃ含有量を０．０３質量％以下にすることが好ましい。

その他の成分元素については、拡散接合性の観点からは特にこだわる必要はなく、用途に応じて種々の成分組成を採用することができる。

本発明の一態様のオーステナイト系ステンレス鋼板の具体的な成分組成範囲として以下のものを例示することができる。質量％で、Ｃｒ：１６．０％〜１８．０％、Ｎｉ：１０．０％〜１５．０％、Ｓｉ：０．００１％〜１．０％、Ｎ：０．００５％〜０．５０％、Ｍｎ：０．０５％〜２．０％、Ｐ：０．００１％〜０．０４５％、Ｓ：０．０００５％〜０．０３０％、Ｖ：０％〜０．１５％、Ｃｕ：０％〜４．０％、Ｗ：０％〜４．０％、Ｍｏ：０％〜３．０％、Ｎｂ：０％〜１．０％、Ｂ：０％〜０．０１０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物。

（熱交換器の構造）
図２は、熱交換器１０の構造を示す正面図である。図２に示すように、熱交換器１０は、下方から順に、下板１１、流路板１２、流路板１３、流路板１４（第１鋼板）、仕切り板１５（第２鋼板）、流路板１６（第３鋼板）、流路板１７、流路板１８、および上板１９の各プレート材が積層されて構成されている。これらすべてのプレート材は、上記のオーステナイト系ステンレス鋼板によって形成されている。

図３の（ａ）は、下板１１の構成を示す上面図であり、（ｂ）は、流路板１２、流路板１３および流路板１４の構成を示す上面図であり、（ｃ）は、仕切り板１５の構成を示す上面図であり、（ｄ）は、流路板１６、流路板１７および流路板１８の構成を示す上面図であり、（ｅ）は、上板１９の構成を示す上面図である。

流路板１２、流路板１３および流路板１４は、図３の（ｂ）に示すように、平板になっており、その内部に、長手方向に延びる流路幅Ｗ１の複数の流路が間隔Ｗ２で形成されている。流路板１６、流路板１７および流路板１８は、図３の（ｄ）に示すように、平板になっており、その内部に、短手方向に延びる流路幅Ｗ１の複数の流路が間隔Ｗ２で形成されている。また、流路板１６〜１８には、上板１９から導入された流体を流路板１２〜１４へ導入する流体導入孔Ｈ１、および、導入された流体を流路板１２〜１４から排出する流体排出孔Ｈ２が形成されている。下板１１は、図３の（ａ）に示すように、平板になっており、内部には流路は形成されていない。仕切り板１５は、図３の（ｃ）に示すように、平板になっており、内部には流路は形成されていない。また、仕切り板１５には、流路板１２〜１４へ流体を導入する流体導入口Ｈ３、および、導入された流体を流路板１２〜１４から排出する流体排出口Ｈ４が形成されている。上板１９は、図３の（ｅ）に示すように、平板になっており、内部には流路は形成されていない。また、上板１９には、流路板１２〜１４および流路板１６〜１８へ流体をそれぞれ導入する流体導入口Ｈ５および流体導入口Ｈ６、および、流路板１２〜１４および流路板１６〜１８から流体をそれぞれ排出する流体排出口Ｈ７および流体排出口Ｈ８が形成されている。

（熱交換器の製造方法）
本実施形態における熱交換器１０の製造方法は、第１拡散接合工程および第２拡散接合工程を含む。

＜第１拡散接合工程＞
第１拡散接合工程は、下板１１、流路板１２、流路板１３、流路板１４、および仕切り板１５を重ねて積層された第１積層体２０を、ホットプレス装置Ｈを用いた拡散接合により接合させる工程である。具体的には、まず、第１積層体２０をホットプレス装置Ｈの内部に装填する。このとき、ホットプレス装置Ｈ内では、第１積層体２０の外側に配置した２枚の離型部材２のそれぞれと接するように押え治具３が配置される。押え治具３は、加圧装置４の加圧軸に連結されている。次に、加圧機構（不図示）を作動することにより、加圧装置４を通じて押え治具３が第１積層体２０を挟み込むように押圧する。これにより、下板１１、流路板１２、流路板１３、流路板１４、および仕切り板１５に対して所定の圧力が印加される。より詳細には、加圧装置４による圧力の印加は、所定時間（具体的には、０．５〜３時間）の間保持される。また、ホットプレス装置Ｈ内は、真空（好ましくは初期真空度１０^−１Ｐａ以下）または不活性雰囲気に保持される。接合温度は、９００〜１２５０℃であることが好ましく、９８０〜１２００℃であることがより好ましい。上記の条件で加圧装置４による圧力の印加を行うことにより、下板１１、流路板１２、流路板１３、流路板１４、および仕切り板１５が拡散接合される。

離型部材２は、Ｓｉを１．５質量％以上含有する鋼材で構成された離型部材を使用することが好ましい。離型部材２は、拡散接合時の積層体と接して高温高圧下に置かれているから、高温での破損や腐食が少ないこと、積層体と反応しないことなどが求められる。本実施形態に係る離型部材２は、積層体との反応を抑制する観点から、Ｓｉ含有量の多い鋼材を用いて構成することが好ましい。離型部材２の形状は、積層体の形状に応じて適宜選択される。プレート式熱交換器のプレート材は、一般に板状であるから、それに接して配置される離型部材２は、離型板として使用される。離型部材２の板厚は、２〜１０ｍｍが好ましく、３〜８ｍｍがより好ましい。

押え治具３は、加圧装置４の加圧機構に連結されて、積層体（図１の例では、第１積層体２０）に対して押圧力を印加する部材である。拡散接合時の温度において耐熱性があり、かつ、破損しないことが求められるため、押え治具３は、カーボン材であることが好ましい。

加圧装置４は、サーボ、バネ、錘などの加圧機構を備えたものであればよい。拡散接合後に積層体１と離型部材２とを容易に取り外すことができるように、拡散接合を行う前に離型部材２の表面に離型剤を塗布してもよい。離型剤は、例えば、六方晶窒化ホウ素粉末（ｈ−ＢＮ）などのボロンナイト（窒化ホウ素）系スプレーを使用できる。離型剤の塗布厚みは、離型剤粉末の平均粒度（例えば約３μｍ程度）の３倍以上（約１０μｍ程度）であればよい。

複数のプレート材（すなわち、下板１１、流路板１２、流路板１３、流路板１４、仕切り板１５、流路板１６、流路板１７、流路板１８、および上板１９）が積層されてなる熱交換器１０は、上記複数のプレート材によって形成された細い流路を流体が通過し、各プレート材を介して高温側流体と低温側流体との間で熱交換が行なわれる。そのため、プレート材には高温域における機械的強度（高温強度）と耐食性が良好であることが要求される。その観点から、本実施形態は、耐熱性と耐久性に優れるステンレス鋼をプレート材に使用している。また、熱交換性能を高めるためには、各プレートは、薄板形状であることが望ましい。

図４は、下板１１、流路板１２、流路板１３、流路板１４、および仕切り板１５を拡散接合して製造された第１積層体２０の断面の形状を示す図である。上述したように流路板１４には流路が形成されている。そのため、下板１１および仕切り板１５における、流路板１２または流路板１４の流路が形成されている箇所に対応する箇所が撓む。ここで、図４に示すように、下板１１および仕切り板１５の撓んでいる箇所における最大のたわみ量をそれぞれたわみ量δ_２およびたわみ量δ_１と定義する。また、仕切り板１５の板厚を板厚ｔと定義する。たわみ量δ_１およびたわみ量δ_２は、例えば、レーザー変位計を用いた形状測定装置を用いて測定することができる。具体的には、たわみ量δ_１は、仕切り板１５の撓んでいない箇所の高さを基準として撓んでいる箇所の高さ（凹み量）を測定することにより特定される。

第１拡散接合工程では、加圧装置４によって、下板１１、流路板１２、流路板１３、流路板１４、および仕切り板１５に対して０．５〜３．５ＭＰａの面圧を印加する。面圧が０．５ＭＰａよりも小さい場合、下板１１、流路板１２、流路板１３、流路板１４、および仕切り板１５の間の拡散接合が十分におこなわれないため不適である。また、面圧が３．５ＭＰａよりも大きい場合、仕切り板１５のたわみ量δ_１が大きくなりすぎるため不適である。当該たわみ量δ_１の詳細については後述する。

＜第２拡散接合工程＞
第２拡散接合工程は、第１拡散接合工程により接合された第１積層体２０、流路板１６、流路板１７、流路板１８、および上板１９を重ねて積層された第２積層体２１（図２参照）を、ホットプレス装置Ｈを用いた拡散接合により接合させる工程である。第２拡散接合工程の条件は、第１拡散接合工程における条件と略同様のため、ここでは、第１拡散接合工程と異なる点についてのみ説明する。

上述したように、仕切り板１５は、第１拡散接合工程後には、流路板１４の流路が形成されている箇所に対応する箇所が撓んでいる。そのため、流路板１６は、第２拡散接合において仕切り板１５と拡散接合する際に、仕切り板１５の撓んでいる箇所と、流路板１６の流路が形成されている箇所が交差する箇所（以降では、交差箇所と呼称する）において圧力が印加されにくい。したがって、仕切り板１５と流路板１６とを拡散接合させるためには、大きな圧力を印加することが必要となる。しかしながら、大きな圧力をかけすぎると、座屈が発生してしまい、製品として使用することができなくなってしまうという問題がある。

そこで、本実施形態における仕切り板１５は、第１拡散接合工程における０．５〜３．５ＭＰａの面圧の印加によるたわみ量δ_１が３０μｍ以下の範囲に収まるように、板厚ｔが０．３ｍｍ以上の範囲に設定されている。これにより、第２拡散接合工程において、座屈が発生しない圧力（具体的には、２．５〜９．０ＭＰａ）の圧力を印加して、仕切り板１５と流路板１６とを拡散接合できるようになっている。

また、下板１１、流路板１２、流路板１３、流路板１４、仕切り板１５、流路板１６、流路板１７、流路板１８、および上板１９は、伝熱効率を高めることが好ましいため、板厚が０．７ｍｍ以下となっている。

なお、上記交差箇所は、接合面に垂直な方向（上下方向）からみたときに、流路板１４の流路と、流路板１６の流路とが交差する箇所とも言える。

（変形例）
次に、熱交換器１０の製造方法の変形例について説明する。本変形例における熱交換器１０の製造方法は、第１拡散接合工程、第２拡散接合工程および第３拡散接合工程を含む。本変形例における第１拡散接合工程は、上述した第１拡散接合工程と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本変形例における第２拡散接合工程は、流路板１６、流路板１７、流路板１８、および上板１９を重ねて積層された積層体（以降では、第３積層体と称する）を、ホットプレス装置Ｈを用いた拡散接合により接合させる工程である。本変形例における第２拡散接合工程におけるその他の条件は、第１拡散接合工程と同様である。

第３拡散接合工程は、第１拡散接合工程で接合された第１積層体と、第２拡散接合工程で接合された第３積層体とを拡散接合する工程である。具体的には、第３拡散接合工程では、座屈が発生しない圧力（具体的には、２．５〜９．０ＭＰａ）の圧力を印加して、第１積層体の仕切り板１５と、第３積層体の流路板１６とを拡散接合する。

本変形例においても、第１拡散接合工程における０．５〜３．５ＭＰａの面圧の印加によるたわみ量δ_１が３０μｍ以下の範囲に収まるように、仕切り板１５の板厚ｔが０．３ｍｍ以上の範囲に設定されている。これにより、第３拡散接合工程において、座屈が発生しない圧力（具体的には、２．５〜９．０ＭＰａ）の圧力を印加して、仕切り板１５と流路板１６とを拡散接合できるようになっている。

また、本変形例においても、下板１１、流路板１２、流路板１３、流路板１４、仕切り板１５、流路板１６、流路板１７、流路板１８、および上板１９は、伝熱効率を高めることが好ましいため、板厚が０．７ｍｍ以下となっている。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

以下、本発明の実施例について説明する。本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、適宜変更して実施できる。

本実施例において使用する試験材としての鋼板を以下のようにして作製した。Ｃｒ：１６．７０％、Ｎｉ：１０．１０％、Ｓｉ：０．６０％、Ｎ：０．０１８％、Ｍｎ：１．００％、Ｍｏ：２．０４％、Ｐ：０．０２０％、Ｓ：０．００１％、Ｃｕ：０．３０％、Ａｌ：０．０２２％、Ｃ：０．０２０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼材を、３０ｋｇの真空溶解で溶製し、得られた鋼塊を厚み３０ｍｍの板に鍛造した。次いで、１２００℃の熱間圧延を行い、厚み６ｍｍの熱延板とした後、１１００℃で６０秒の均熱焼鈍を施して熱延焼鈍板を得た。当該熱延焼鈍板を厚み３．０ｍｍまで冷間圧延を行った後、１１００℃で均熱３０秒の最終焼鈍を施し、最終仕上板厚を３ｍｍとし、表面仕上げ処理を２Ｂ仕上または２Ｄ仕上で行い、冷延焼鈍板を得た。さらに、当該冷延焼鈍板を冷間圧延、焼鈍を施し、最終仕上板厚を０．３〜０．６ｍｍとし、表面仕上げ処理を２Ｂまたは２Ｄ仕上げで行い、冷延焼鈍材を得た。当該冷延焼鈍板から、２１０ｍｍ×１６０ｍｍの寸法で板を切り出して試験材を作製した。

上記試験材を用いて、流路（流路幅５ｍｍ）が形成された第１鋼板、流路が形成されていない第２鋼板、および第１鋼板の流路が形成されている方向とは直交する方向に流路（流路幅５ｍｍ）が形成されている第３鋼板とを作製した。第１鋼板は実施形態１における流路板１２〜１４に相当する鋼板であり、第２鋼板は実施形態１における下板１１、仕切り板１５および上板１９に相当する鋼板であり、第３鋼板は実施形態における流路板１６〜１８に相当する鋼板である。なお、仕切り板１５には、下記の第１拡散工程で接合させた接合体の接合の良否を判定に用いる孔であり、流路板１２〜１４に流体を導入するための孔を１つ形成した。また、図６に示すように、上板（実施形態における上板１９、図６では上板１９Ａとして図示する）には、後述する第２拡散接合工程における接合性の良否を判定するために、流路板１６〜１８に流体を導入するための孔を１つ形成するとともに、接合面に垂直な方向から見たときに第３鋼板に形成されている流路間の領域に直径０．１ｍｍの孔Ｈを形成した。

本実施例では、まず、１枚の第２鋼板、３枚の第１鋼板および１枚の第２鋼板をこの順で積層させた後、拡散接合した。以降では、本工程を第１拡散接合工程と称する。第１拡散接合工程は、以下の条件で行った。
初期真空度：１０^−２Ｐａ
接合温度：１１００℃
室温から接合温度までの昇温時間：約２ｈ
均熱時間：２ｈ
接合温度から４００℃までの平均冷却速度：３．２℃／分
印加面圧：０．５〜５ＭＰａ。

次に、第１拡散接合工程で接合させた接合体の接合の良否の確認を行った。接合の良否については、流路内に０．５ＭＰａの窒素ガスを充満させた接合体を水中に入れ、仕切り板１５に形成された孔から気泡が発生するかどうかによって判定した。

次に、第１拡散接合工程で接合させた接合体、３枚の第３鋼板および１枚の第２鋼板をこの順で積層させた後、拡散接合した。以降では、本工程を第２拡散接合工程と称する。

第２拡散接合工程の条件は、第１拡散接合の条件とほぼ同様である。ただし、印加面圧は、０．５〜１０ＭＰａとした。実験条件および実験結果を図５に示す。図５に示すたわみ量については、レーザー変位計であるコムス株式会社製の高速３次元形状測定システムを用いて測定した。また、第２拡散接合工程における接合の良否については、流路内に０．５ＭＰａの窒素ガスを充満させた接合体を水中に入れ、上板１９に形成された上記孔から気泡が発生するかどうかによって判定した。

図５に示すように、実施例１〜７では、板厚が０．３〜０．６ｍｍの第２鋼板に対して０．５〜３．５ＭＰａの面圧を印加した。これにより、第１拡散接合工程によるたわみ量が３０μｍ以下であった。その結果、第２拡散接合工程において３〜９ＭＰａの面圧を印加したときに、第２鋼板と第３鋼板とが良好に接合し、さらに座屈が起こらなかった。なお、第１鋼板、第２鋼板および第３鋼板を接合した接合体の板厚方向の長さが、（第１鋼板、第２鋼板および第３鋼板の板厚）×３×０．９５よりも大きい場合に座屈が発生しなかったと判定し、（第１鋼板、第２鋼板および第３鋼板の板厚）×３×０．９５以下の場合には座屈が発生したと判定した。

これに対して、比較例１では、第２鋼板のたわみ量が２０μｍであったが、第２拡散接合工程における面圧が０．５ＭＰａと小さかったため、第２鋼板と第３鋼板とが接合しなかった。また、比較例２では、第２鋼板の板厚が０．２ｍｍであったため、第１拡散接合工程において第２鋼板のたわみ量が３５μｍと大きくなった。そのため、第２拡散接合工程において、第２鋼板と第３鋼板とが拡散接合しなかった。また、比較例３では、第２拡散接合工程において１０ＭＰａという大きい面圧を印加したため、第３鋼板が変形した。また、比較例４および比較例５では、第１拡散接合における面圧が大きかったため、第２鋼板のたわみ量がそれぞれ７５μｍ、５０μｍと大きくなった。そのため、第２拡散接合工程において５ＭＰａの面圧を印加したときに第２鋼板と第３鋼板とが接合しなかった。

１４流路板（オーステナイト系ステンレス鋼板、第１鋼板）
１５仕切り板（オーステナイト系ステンレス鋼板、第２鋼板）
１６流路板（オーステナイト系ステンレス鋼板、第３鋼板）
１０熱交換器（接合体）

Claims

拡散接合に用いられる複数のオーステナイト系ステンレス鋼板を含むオーステナイト系ステンレス鋼板のセットであって、
前記鋼板としての、流路が形成されている第１鋼板と、第２鋼板と、接合面に垂直な方向から見たときに前記流路と交差する流路が形成されている第３鋼板とを含み、
前記第３鋼板は、前記第１鋼板と前記第２鋼板とを拡散接合した後に、２．５〜９．０ＭＰａの面圧を加えて前記第２鋼板と拡散接合される鋼板であり、
前記第１鋼板と前記第２鋼板との拡散接合時に０．５〜３．５ＭＰａの面圧を加えた場合の前記第２鋼板のたわみ量が３０μｍ以下の範囲に収まるように、前記第２鋼板の板厚が０．３〜０．７ｍｍの範囲に設定されていることを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼板のセット。
前記鋼板は、Ｃｒ：１６．０質量％〜２０．０質量％、Ｎｉ：８．０質量％〜１５．０質量％、Ｓｉ：０．００１質量％〜１．０質量％、Ｃ：０．０８質量％以下、を含むことを特徴とする請求項１に記載のオーステナイト系ステンレス鋼板のセット。
前記鋼板は、Ｃｒ：１６．０質量％〜１８．０質量％、Ｎｉ：１０．０質量％〜１５．０質量％、Ｓｉ：０．００１質量％〜１．０質量％、Ｍｏ：２．０質量％〜３．０質量％、Ｃ：０．０８質量％以下、を含むことを特徴とする請求項１に記載のオーステナイト系ステンレス鋼板のセット。
前記鋼板は、Ｃｒ：１６．０質量％〜１８．０質量％、Ｎｉ：１２．０質量％〜１５．０質量％、Ｓｉ：０．００１質量％〜１．０質量％、Ｍｏ：２．０質量％〜３．０質量％、Ｃ：０．０３０質量％以下、を含むことを特徴とする請求項１に記載のオーステナイト系ステンレス鋼板のセット。
Ｃｒ：１６．０質量％〜２０．０質量％、Ｎｉ：８．０質量％〜１５．０質量％、Ｓｉ：０．００１質量％〜１．０質量％、Ｍｏ：０．０質量％〜３．０質量％、Ｃ：０．０８質量％以下、を含むオーステナイト系ステンレス鋼板のセットを拡散接合することにより製造される接合体の製造方法であって、
０．５〜３．５ＭＰａの面圧を加えることにより、流路が形成されている前記鋼板としての第１鋼板と、板厚が０．３〜０．７ｍｍの前記鋼板としての第２鋼板とを拡散接合する第１拡散接合工程と、
前記第１拡散接合工程後の前記第２鋼板と、前記第１鋼板および前記第２鋼板とは別の前記鋼板としての第３鋼板であって接合面に垂直な方向から見たときに前記流路と交差する流路が形成されている鋼板とを２．５〜９．０ＭＰａで拡散接合する第２拡散接合工程とを含むことを特徴とする接合体の製造方法。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のオーステナイト系ステンレス鋼板のセットで構成された接合体。