JP2024103391A - Stainless steel for Ni brazing, joints, heat exchangers and water heaters - Google Patents
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- Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)
Abstract
【課題】Niろう付け性に優れるステンレス鋼を提供する。【解決手段】成分組成を適切に調整し、かつ、次式(1)の関係を満足させる。Ni/(Si+Mn+0.08×Cr+Al)≧2.30 ・・・(1)式中、Si、Mn、Cr、NiおよびAlはそれぞれ、成分組成におけるSi、Mn、Cr、NiおよびAl含有量(質量%)である。【選択図】なし[Problem] To provide a stainless steel with excellent Ni brazing properties. [Solution] The component composition is appropriately adjusted, and the relationship of the following formula (1) is satisfied: Ni/(Si+Mn+0.08×Cr+Al)≧2.30 ... (1) In formula, Si, Mn, Cr, Ni, and Al are the contents (mass%) of Si, Mn, Cr, Ni, and Al in the component composition, respectively. [Selected Figure] None
Description
本発明は、Niろう付け用ステンレス鋼(以下、単にステンレス鋼ともいう)、接合体、熱交換器および給湯器に関する。 The present invention relates to stainless steel for Ni brazing (hereinafter simply referred to as stainless steel), joints, heat exchangers and water heaters.
ガス給湯器や電気温水器をはじめとした給湯器には、銅が多量に使用されている。例えば、給湯器に使用される水や熱媒を流す配管には、銅管が広く採用されている。また、地球環境保護の観点から、環境対応型の給湯器の普及が進んでいる。このような環境対応型の給湯器では、二次熱交換器が適用されている。そして、この二次熱交換器にも、銅が使用されている。 Copper is used in large quantities in water heaters, including gas water heaters and electric water heaters. For example, copper pipes are widely used for the piping that carries the water and heat transfer medium used in water heaters. Also, from the perspective of protecting the global environment, environmentally friendly water heaters are becoming more and more popular. These environmentally friendly water heaters use secondary heat exchangers. Copper is also used in these secondary heat exchangers.
近年、各国の電力インフラ需要の増大や、自動車のEV化を背景に、電線、導線用の銅の需要が増加し、銅の需給がひっ迫した状態が続いている。そして、今後も、銅の需要の増加、および、これに伴う銅の価格高騰が予想される。そのため、給湯器での銅の使用量削減が強く求められている。 In recent years, the demand for copper for electrical wires and conductors has increased due to growing demand for power infrastructure in various countries and the shift to electric vehicles, resulting in a tight supply and demand situation for copper. Demand for copper is expected to continue to increase, and the associated rise in copper prices. For this reason, there is a strong demand to reduce the amount of copper used in water heaters.
このような背景から、給湯器に使用する銅を、他素材、特に、比較的安価であり、かつ、耐食性に優れる、ステンレス鋼へ置き換えることが検討されている。 In light of this, there is currently discussion about replacing the copper used in water heaters with other materials, particularly stainless steel, which is relatively inexpensive and has excellent corrosion resistance.
ここで、給湯器の配管や熱交換器部分など(以下、給湯器の配管などともいう)は、主にろう付けにより、接着および組み立てが行われる。一般に、ステンレス鋼のろう付け性は、銅よりも劣る。そのため、給湯器に使用するステンレス鋼には、銅と同程度のろう付け性を有することが求められる。 Here, the pipes and heat exchanger parts of the water heater (hereinafter also referred to as the pipes of the water heater) are mainly bonded and assembled by brazing. In general, the brazeability of stainless steel is inferior to that of copper. Therefore, stainless steel used in water heaters is required to have the same level of brazeability as copper.
ステンレス鋼のろう付け性に関する技術として、例えば、特許文献1には、
「インジェクタカップがステンレス鋼製パイプに銅ろう付けされてなる、直噴内燃機関用
フューエルレールであって、
前記ステンレス鋼製パイプが、
式I (Si%)≦3.75(C%)+0.37(ただし、(C%)≦0.08)(式中
、原子記号と%の組み合わせは、鋼中の各原子の質量%濃度を意味する)
を満たすSi濃度(Si%)とC濃度(C%)を有するオーステナイト系ステンレス鋼製であることを特徴とする、直噴内燃機関用フューエルレール。」
が開示されている。
As a technique related to the brazing property of stainless steel, for example, Patent Document 1 discloses:
"A fuel rail for a direct injection internal combustion engine, in which an injector cup is copper brazed to a stainless steel pipe,
The stainless steel pipe,
Formula I (Si%)≦3.75(C%)+0.37 (provided that (C%)≦0.08) (wherein the combination of atomic symbol and % means the mass % concentration of each atom in the steel)
A fuel rail for a direct injection internal combustion engine, characterized in that it is made of austenitic stainless steel having a Si concentration (Si%) and a C concentration (C%) that satisfy the above.
has been disclosed.
特許文献2には、
「重量%で、C:0.06%以下、Si:1.0~5.0%、Mn:1.0%以下、P:0.045%以下、S:0.003%以下、Ni:8.0~17.0%、Cr:16.0~20.0%、Mo:0.5~2.5%、Cu:4.0%以下、N:0.1%以下と、A
l:0.2%以下、Nb:0.2%以下、Ti:0.2%以下のうちの1種以上を、Si
+Cr+Mo≧20%で含有し、残部はFe及び不可避的不純物からなる、Cuろう付け
時の耐Cu粒界浸透性に優れたことを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼。」
が開示されている。
In Patent Document 2,
"By weight, C: 0.06% or less, Si: 1.0-5.0%, Mn: 1.0% or less, P: 0.045% or less, S: 0.003% or less, Ni: 8.0-17.0%, Cr: 16.0-20.0%, Mo: 0.5-2.5%, Cu: 4.0% or less, N: 0.1% or less, and A
At least one of the following is added: Si: 0.2% or less; Nb: 0.2% or less; Ti: 0.2% or less
+ Cr + Mo ≧ 20%, with the balance being Fe and unavoidable impurities, and characterized by excellent resistance to Cu grain boundary penetration during Cu brazing.
has been disclosed.
特許文献3には、
「質量%で、C:0.05%以下、Si:1%以下、Mn:1%以下、P:0.045%以下、S:0.005%以下、Ni:1~6%、Cr:18~24%、N:0.05%以下、
Nb:7×(C+N)~0.7%、残部Feおよび不可避的不純物からなり、下記(1)
式において右辺第1項のT値を950~1200の範囲で変動させたときに左辺のM値が
1~25となる場合があるように(1)式右辺の各元素の含有量が調整されている、ろう
付け用ステンレス鋼。
M=-0.22T+34.5Ni+10.5Mn+13.5Cu-17.3Cr-17.3S
i-18Mo+475.5 ……(1)
ただし、(1)式右辺の元素記号の箇所にはそれぞれ質量%で表される当該元素の含有
量の値が代入され、ここではCuとMoの箇所にはそれぞれ0(ゼロ)が代入される。」
が開示されている。
In Patent Document 3,
"In mass%, C: 0.05% or less, Si: 1% or less, Mn: 1% or less, P: 0.045% or less, S: 0.005% or less, Ni: 1-6%, Cr: 18-24%, N: 0.05% or less,
Nb: 7×(C+N) to 0.7%, the balance being Fe and unavoidable impurities, and the following (1)
A stainless steel for brazing in which the content of each element on the right side of formula (1) is adjusted so that the M value on the left side of the formula may be 1 to 25 when the T value of the first term on the right side of the formula is varied in the range of 950 to 1200.
M=-0.22T+34.5Ni+10.5Mn+13.5Cu-17.3Cr-17.3S
i-18Mo+475.5...(1)
However, the content value of the element expressed in mass% is substituted for each element symbol on the right side of formula (1), and here, 0 (zero) is substituted for Cu and Mo.
has been disclosed.
ところで、給湯器の配管などでは、耐食性、特に、設置される地域によっては高い耐食性が求められる。例えば、浄水能力が低い地域では、水道水に腐食成分が含まれる。この場合、給湯器の内部に腐食が発生するリスクが高い。加えて、沿岸部のような塩化物が付着する環境下で給湯器を使用する場合においても、腐食による寿命低下が問題となる。 The piping of water heaters, etc., is required to be corrosion-resistant, and in particular, high corrosion resistance is required depending on the region in which it is installed. For example, in regions with low water purification capacity, tap water contains corrosive substances. In such cases, there is a high risk of corrosion occurring inside the water heater. In addition, when water heaters are used in environments where chlorides adhere, such as coastal areas, the shortening of their lifespan due to corrosion can be an issue.
そのため、給湯器の配管などのろう付けでは、母材となるステンレス鋼と同等の耐食性を有するろう材、例えば、Niを含有するろう材(以下、Niろう材ともいう)を使用することが望ましい。 Therefore, when brazing pipes for water heaters, etc., it is desirable to use a brazing filler metal that has the same corrosion resistance as the base material, stainless steel, such as a brazing filler metal that contains Ni (hereinafter also referred to as Ni brazing filler metal).
この点、特許文献1および2に開示の技術では、Cuろう材を使用する際のろう付け性は良好であるものの、Niろう材を使用する際のろう付け性(以下、Niろう付け性ともいう)は十分なものとは言えなかった。 In this regard, the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2 provide good brazing properties when using Cu brazing material, but the brazing properties when using Ni brazing material (hereinafter also referred to as Ni brazing properties) are not sufficient.
また、特許文献3に開示の技術でも、Niろう付け性は十分なものとは言えなかった。また、製造に際して長時間の加熱工程を経る必要があるなど、製造性の点でも問題があった。 The technology disclosed in Patent Document 3 also did not provide sufficient Ni brazing properties. There were also problems with manufacturability, such as the need for a long heating process during production.
本発明は、上記現状に鑑み開発されたものであって、Niろう付け性に優れるステンレス鋼を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記のステンレス鋼を使用する接合体、熱交換器および給湯器を提供することを目的とする。
The present invention has been developed in view of the above-mentioned circumstances, and has an object to provide a stainless steel having excellent Ni brazeability.
Another object of the present invention is to provide a joint, a heat exchanger and a water heater using the above stainless steel.
ここで、「Niろう付け性に優れる」とは、供試材となるステンレス鋼の表面に設置したNiろう材を加熱する際に、Niろう材の広がり率が150%以上となることを意味する。また、Niろう材の広がり率は、次式により算出する。
[Niろう材の広がり率(%)]=[供試材の表面における加熱後のNiろう材の円相当直径(mm)]÷[供試材の表面における加熱前のNiろう材の円相当直径(mm)]×100
なお、Niろう材の加熱条件などについては、後述の実施例に記載するとおりである。
Here, "excellent Ni brazeability" means that when the Ni brazing material placed on the surface of the stainless steel sample is heated, the spreadability of the Ni brazing material is 150% or more. The spreadability of the Ni brazing material is calculated by the following formula.
[Spreadability of Ni brazing filler metal (%)] = [Circle equivalent diameter (mm) of Ni brazing filler metal on the surface of the test material after heating] ÷ [Circle equivalent diameter (mm) of Ni brazing filler metal on the surface of the test material before heating] × 100
The heating conditions for the Ni brazing material are as described in the examples below.
さて、本発明者らは、上記の目的を達成すべく、鋭意検討を重ね、以下の知見を得た。
(1)ろう付けは、ろう材を溶融させ、ろう材と母材となるステンレス鋼などの金属材料(以下、単に母材ともいう)との間で発生する金属結合を活用して母材同士を接合する手法である。ろう付けは、真空または窒素やアルゴンといった不活性ガスをキャリアガスとした雰囲気中で行われることが一般的である。しかし、雰囲気中の酸素を完全に除去することは困難である。そのため、母材となるステンレス鋼の表面では、(母材に含まれる元素の)酸化物により構成される酸化皮膜が生成する。そして、この酸化皮膜が、ろう材と母材の金属結合の形成およびろう材のぬれを阻害する。
In order to achieve the above object, the present inventors have conducted extensive research and have obtained the following findings.
(1) Brazing is a method of joining base materials by melting a brazing filler metal and utilizing the metallic bond that occurs between the brazing filler metal and a base metal such as stainless steel (hereinafter simply referred to as base material). Brazing is generally performed in a vacuum or in an atmosphere using an inert gas such as nitrogen or argon as a carrier gas. However, it is difficult to completely remove oxygen from the atmosphere. Therefore, an oxide film composed of oxides (of elements contained in the base material) is formed on the surface of the stainless steel base material. This oxide film inhibits the formation of a metallic bond between the brazing filler metal and the base material and the wetting of the brazing filler metal.
(2)これを踏まえ、発明者らは、まず、母材となるステンレス鋼に含有される元素のなかで、Alなどの特に酸化皮膜を生成しやすい元素(以下、易酸化元素ともいう)を低減することによって、酸化皮膜の生成を抑制することを検討した。しかし、易酸化元素の低減のみでは、十分なNiろう付け性を得ることができなかった。 (2) Based on this, the inventors first considered suppressing the formation of an oxide film by reducing elements such as Al that are particularly prone to forming an oxide film (hereinafter also referred to as easily oxidized elements) among the elements contained in the stainless steel base material. However, sufficient Ni brazeability could not be obtained by only reducing the easily oxidized elements.
(3)そこで、発明者らは、母材となるステンレス鋼の成分組成についてさらに種々の実験および検討を重ねた。その結果、易酸化元素の低減による成分組成の適正化に加え、Niを一定量含有させる、特には、Si、Mn、CrおよびAl含有量に応じて、次式(1)の関係を満足するようにNi含有量を適切に制御することにより、優れたNiろう付け性が得られることを見出したのである。
Ni/(Si+Mn+0.08×Cr+Al)≧2.30 ・・・(1)
式中、Si、Mn、Cr、NiおよびAlはそれぞれ、成分組成におけるSi、Mn、Cr、NiおよびAl含有量(質量%)である。
(3) Therefore, the inventors conducted further experiments and studies on the composition of the stainless steel base material, and as a result, they discovered that excellent Ni brazeability can be obtained by optimizing the composition by reducing easily oxidizable elements, as well as by adding a certain amount of Ni, particularly by appropriately controlling the Ni content so as to satisfy the relationship of the following formula (1) according to the Si, Mn, Cr and Al contents.
Ni/(Si+Mn+0.08×Cr+Al)≧2.30 (1)
In the formula, Si, Mn, Cr, Ni and Al are the Si, Mn, Cr, Ni and Al contents (mass%) in the component composition, respectively.
なお、上記の理由について、発明者らは次のように考えている。
ぬれ現象は、固体(母材)原子間の結合エネルギーと液体(ろう材)原子間の結合エネルギーから捉えることができる。つまり、固体原子間の結合エネルギーの値と液体原子間の結合エネルギーの値が近いほど、液体は固体上でよくぬれるようになる。これらの値は、主に物質の成分組成によって決定される。この点、母材となるステンレス鋼の成分組成を適正化したうえで、上掲式(1)の関係を満足させることにより、固体原子間の結合エネルギーの値と液体原子間の結合エネルギーの値とが近づく。その結果、優れたNiろう付け性が得られる。
本発明は、上記の知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。
The inventors consider the above reasons as follows.
The wetting phenomenon can be understood from the bond energy between solid (base material) atoms and the bond energy between liquid (brazing material) atoms. In other words, the closer the bond energy between solid atoms and the bond energy between liquid atoms are, the better the liquid will wet the solid. These values are mainly determined by the composition of the material. In this regard, by optimizing the composition of the stainless steel base material and satisfying the relationship of the above formula (1), the bond energy between solid atoms and the bond energy between liquid atoms will become closer. As a result, excellent Ni brazing properties can be obtained.
The present invention was completed based on the above findings and through further investigation.
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。 In other words, the gist of the present invention is as follows:
1.質量%で、
C:0.001~0.050%、
Si:0.01~0.50%、
Mn:0.01~0.50%、
P:0.050%以下、
S:0.010%以下、
Cr:16.00~22.00%、
Ni:3.00~15.00%、
Al:0.100%以下および
N:0.001~0.300%、
であり、残部がFeおよび不可避的不純物である成分組成を有し、
次式(1)の関係を満足する、Niろう付け用ステンレス鋼。
Ni/(Si+Mn+0.08×Cr+Al)≧2.30 ・・・(1)
式中、Si、Mn、Cr、NiおよびAlはそれぞれ、成分組成におけるSi、Mn、Cr、NiおよびAl含有量(質量%)である。
1. In mass percent,
C: 0.001-0.050%,
Si: 0.01 to 0.50%,
Mn: 0.01 to 0.50%,
P: 0.050% or less,
S: 0.010% or less,
Cr: 16.00-22.00%,
Ni: 3.00 to 15.00%,
Al: 0.100% or less and N: 0.001 to 0.300%,
and the balance being Fe and unavoidable impurities,
A stainless steel for Ni brazing that satisfies the following formula (1).
Ni/(Si+Mn+0.08×Cr+Al)≧2.30 (1)
In the formula, Si, Mn, Cr, Ni and Al are the Si, Mn, Cr, Ni and Al contents (mass%) in the component composition, respectively.
2.前記成分組成が、さらに質量%で、
Mo:3.00%以下、
Cu:3.00%以下、
Ti:0.50%以下、
Nb:0.50%以下、
V:0.20%以下、
Zr:0.10%以下、
Sn:0.50%以下、
B:0.0100%以下、
Ca:0.0100%以下、
Mg:0.0100%以下、
Ta:0.10%以下および
REM:0.10%以下
のうちから選んだ1種または2種以上を含有する、前記1に記載のNiろう付け用ステンレス鋼。
2. The composition further comprises, in mass %,
Mo: 3.00% or less,
Cu: 3.00% or less,
Ti: 0.50% or less,
Nb: 0.50% or less,
V: 0.20% or less,
Zr: 0.10% or less,
Sn: 0.50% or less,
B: 0.0100% or less,
Ca: 0.0100% or less,
Mg: 0.0100% or less,
2. The stainless steel for Ni brazing according to 1 above, containing one or more selected from Ta: 0.10% or less and REM: 0.10% or less.
3.前記1または2に記載のNiろう付け用ステンレス鋼と、
金属材料と、
該Niろう付け用ステンレス鋼および該金属材料を接合するNiろう材の接合部と、
をそなえる、接合体。
3. The stainless steel for Ni brazing according to 1 or 2 above,
A metal material;
a joint between the stainless steel for Ni brazing and the metal material, and a Ni brazing material;
A zygote that has the following functions.
4.前記3に記載の接合体を有する、熱交換器。 4. A heat exchanger having the joint described in 3.
5.前記3に記載の接合体を有する、給湯器。 5. A water heater having the joint described in 3.
本発明によれば、Niろう付け性に優れるステンレス鋼が得られる。また、給湯器や熱交換器などで使用する銅の多くを、本発明のステンレス鋼に置き換えることが可能となる。その結果、銅の使用量を大幅に削減した給湯器や熱交換器などを製造することが可能となり、産業上格段の効果を有する。 According to the present invention, a stainless steel with excellent Ni brazing properties can be obtained. In addition, it is possible to replace much of the copper used in water heaters, heat exchangers, etc. with the stainless steel of the present invention. As a result, it is possible to manufacture water heaters, heat exchangers, etc. that use significantly less copper, which has a significant industrial effect.
[1]ステンレス鋼
本発明のステンレス鋼を、以下の実施形態に基づき説明する。
まず、本発明の一実施形態に従うステンレス鋼の成分組成について説明する。なお、成分組成における元素の含有量の単位はいずれも「質量%」であり、以下、特に断らない限り、単に「%」で示す。
[1] Stainless Steel The stainless steel of the present invention will be described based on the following embodiments.
First, the composition of the stainless steel according to one embodiment of the present invention will be described. Note that the unit of the content of elements in the composition is "mass %", and hereinafter, unless otherwise specified, it will be simply indicated as "%".
C:0.001~0.050%
C含有量が多くなると鋼の強度が向上し、少なくなると加工性が向上する。ここで、Cは、十分な強度を得るために0.001%以上の含有が必要である。しかし、C含有量が0.050%を超えると、加工性の低下が顕著となる。また、粒界にCr炭化物が析出して鋭敏化を起こし、耐食性が低下しやすくなる。そのため、C含有量は0.001~0.050%の範囲とする。C含有量は、好ましくは0.003%以上である。また、C含有量は、好ましくは0.030%以下であり、より好ましくは0.020%以下である。
C: 0.001-0.050%
The higher the C content, the higher the strength of the steel, and the lower the C content, the better the workability. Here, the C content must be 0.001% or more to obtain sufficient strength. If the C content exceeds 0.050%, the workability decreases significantly. In addition, Cr carbides precipitate at the grain boundaries, causing sensitization and decreasing the corrosion resistance. Therefore, the C content is set to 0. The C content is preferably 0.003% or more. The C content is preferably 0.030% or less, and more preferably 0.020% or less. The following is the result.
Si:0.01~0.50%
Siは、脱酸剤として有用な元素である。このような効果は、0.01%以上のSiの含有で得られる。しかし、Si含有量が0.50%を超えると、ろう付け時に酸化皮膜が形成され、ろう付け性が低下する。そのため、Si含有量は0.01~0.50%の範囲とする。Si含有量は、好ましくは0.35%以下である。
Si: 0.01~0.50%
Silicon is a useful element as a deoxidizer. Such an effect can be obtained with a silicon content of 0.01% or more. However, if the silicon content exceeds 0.50%, oxidation occurs during brazing. A coating is formed, and brazing properties are reduced. Therefore, the Si content is set to the range of 0.01 to 0.50%. The Si content is preferably 0.35% or less.
Mn:0.01~0.50%
Mnは、脱酸作用を有する元素である。このような効果は、0.01%以上のMnの含有で得られる。しかし、Mn含有量が0.50%を超えると、ろう付け時にMn酸化物がステンレス鋼の表面に生成し、ろう付け性が低下する。そのため、Mn含有量は0.01~0.50%の範囲とする。Mn含有量は、好ましくは0.25%以下であり、より好ましくは0.20%以下である。
Mn: 0.01-0.50%
Mn is an element that has a deoxidizing effect. Such an effect can be obtained with a Mn content of 0.01% or more. However, if the Mn content exceeds 0.50%, Mn oxidation occurs during brazing. The Mn content is therefore set to the range of 0.01 to 0.50%. The Mn content is preferably 0.25% or less. , and more preferably 0.20% or less.
P:0.050%以下
Pは、鋼に不可避的に含まれる元素である。Pの過剰な含有は、溶接性を低下させ、粒界腐食を生じさせやすくする。その傾向は、Pの0.050%超の含有で顕著となる。そのため、P含有量は0.050%以下とする。P含有量は、好ましくは0.040%以下であり、より好ましくは0.030%以下である。なお、P含有量の下限は特に限定されない。ただし、過度の脱Pはコストの増加を招くので、P含有量は0.010%以上が好ましい。
P: 0.050% or less P is an element that is inevitably contained in steel. Excessive P content reduces weldability and makes intergranular corrosion more likely to occur. This tendency becomes more pronounced when the P content exceeds 0.050%. Therefore, the P content is set to 0.050% or less. The P content is preferably 0.040% or less, and more preferably 0.030% or less. The lower limit of the P content is not particularly limited. However, since excessive de-P leads to an increase in costs, the P content is preferably 0.010% or more.
S:0.010%以下
Sは、鋼に不可避的に含まれる元素である。Sの過剰な含有、特に0.010%超のSの含有は、MnSの析出を促進し、耐食性を低下させる。よって、S含有量は0.010%以下とする。好ましくは、S含有量は0.005%以下である。なお、S含有量の下限は特に限定されない。ただし、過度の脱Sはコストの増加を招くので、S含有量は0.001%以上が好ましい。
S: 0.010% or less S is an element that is inevitably contained in steel. Excessive S content, particularly S content exceeding 0.010%, promotes the precipitation of MnS and reduces corrosion resistance. Therefore, the S content is set to 0.010% or less. Preferably, the S content is 0.005% or less. The lower limit of the S content is not particularly limited. However, since excessive de-S leads to an increase in costs, the S content is preferably 0.001% or more.
Cr:16.00~22.00%
Crは、耐食性の確保に有効な元素である。Cr含有量が16.00%未満では、ろう付け後に十分な耐食性が得られない。しかし、Cr含有量が22.00%を超えると、ろう付けの際にステンレス鋼の表面にCr酸化皮膜が生成し、ろう付け性が低下する。そのため、Cr含有量は16.00~22.00%の範囲とする。Cr含有量は、好ましくは16.50%以上であり、より好ましくは17.00%以上である。また、Cr含有量は、好ましくは19.50%以下であり、より好ましくは19.00%以下である。
Cr: 16.00-22.00%
Cr is an element effective in ensuring corrosion resistance. If the Cr content is less than 16.00%, sufficient corrosion resistance cannot be obtained after brazing. However, if the Cr content exceeds 22.00%, the brazing During brazing, a Cr oxide film is formed on the surface of the stainless steel, which reduces the brazeability. Therefore, the Cr content is set to the range of 16.00 to 22.00%. The Cr content is preferably within the range of 16.00 to 22.00%. The Cr content is preferably 19.50% or less, and more preferably 19.00% or less.
Ni:3.00~15.00%
Niは、本発明において重要な元素である。上述したように、Ni含有量を適切に制御することにより、固体(母材のステンレス鋼)原子間の結合エネルギーの値と液体(Niろう材)原子間の結合エネルギーの値とが近づく。その結果、優れたNiろう付け性が得られる。そのため、Ni含有量は3.00%以上とする。一方、Ni含有量が15.00%を超えると、熱間加工性および冷間加工性が低下する。したがって、Ni含有量は3.00~15.00%の範囲とする。Ni含有量は、好ましくは4.00%以上であり、より好ましくは6.00%以上である。また、Ni含有量は、好ましくは10.00%以下であり、より好ましくは7.00%以下である。
Ni: 3.00-15.00%
Ni is an important element in the present invention. As described above, by appropriately controlling the Ni content, the bond energy between the solid (base stainless steel) and the liquid (Ni brazing material) can be adjusted. The value of the bond energy between atoms approaches that of the alloy. As a result, excellent Ni brazing properties are obtained. Therefore, the Ni content is set to 3.00% or more. On the other hand, when the Ni content exceeds 15.00%, If the Ni content is too high, the hot workability and cold workability will decrease. Therefore, the Ni content is set to the range of 3.00 to 15.00%. The Ni content is preferably 4.00% or more, and more preferably 1.00% or more. The Ni content is preferably 6.00% or more. The Ni content is preferably 10.00% or less, and more preferably 7.00% or less.
Al:0.100%以下
Alは、脱酸に有用な元素である。このような効果は、好適には、0.001%以上のAlの含有で得られる。しかし、Al含有量が0.100%を超えると、ろう付け時にAl酸化物やAl窒化物等のAl濃化物がステンレス鋼の表面に形成されやすくなる。その結果、ろう付け性が低下する。そのため、Al含有量は0.100%以下とする。Al含有量は、好ましくは0.040%以下であり、より好ましくは0.015%以下である。
Al: 0.100% or less Al is an element useful for deoxidization. Such an effect is preferably obtained by containing 0.001% or more of Al. However, if the Al content exceeds 0.100%, Al-enriched substances such as Al oxides and Al nitrides are likely to be formed on the surface of the stainless steel during brazing. As a result, brazing properties are reduced. Therefore, the Al content is set to 0.100% or less. The Al content is preferably 0.040% or less, and more preferably 0.015% or less.
N:0.001~0.300%
Nは、耐食性や強度を高める。このような効果を得るため、N含有量は0.001%以上とする。一方、N含有量が0.300%を超えると、過剰のNが鋳造時や溶接時のブローホール発生の要因となる。そのため、N含有量は0.001~0.300%の範囲とする。N含有量は、好ましくは0.003%以上である。また、N含有量は、好ましくは0.010%以下であり、より好ましくは0.005%以下である。
N: 0.001-0.300%
N enhances corrosion resistance and strength. To obtain these effects, the N content is set to 0.001% or more. On the other hand, if the N content exceeds 0.300%, the excess N may cause problems during casting and N is a factor in the generation of blowholes during welding. Therefore, the N content is set to the range of 0.001 to 0.300%. The N content is preferably 0.003% or more. is preferably 0.010% or less, and more preferably 0.005% or less.
Ni/(Si+Mn+0.08×Cr+Al)≧2.30 ・・・(1)
式中、Si、Mn、Cr、NiおよびAlはそれぞれ、成分組成におけるSi、Mn、Cr、NiおよびAl含有量(質量%)である。
上述したように、Niろう付け性の向上には、Si、Mn、CrおよびAl含有量に応じて、上掲式(1)の関係を満足するようにNi含有量を適切に制御することが重要である。すなわち、母材となるステンレス鋼の成分組成を上記のように適正化したうえで、上掲式(1)を満足させることにより、固体原子間の結合エネルギーの値と液体原子間の結合エネルギーの値とが近づく。その結果、優れたNiろう付け性が得られる。そのため、母材となるステンレス鋼の成分組成を適正化、特に、Si、Mn、Cr、NiおよびAl含有量を上記の範囲としたうえで、Ni/(Si+Mn+0.08×Cr+Al)を2.30以上とする。Ni/(Si+Mn+0.08×Cr+Al)は、好ましくは2.50以上であり、より好ましくは4.00以上であり、さらに好ましくは5.00以上である。
Ni/(Si+Mn+0.08×Cr+Al)≧2.30 (1)
In the formula, Si, Mn, Cr, Ni and Al are the Si, Mn, Cr, Ni and Al contents (mass%) in the component composition, respectively.
As described above, in order to improve the Ni brazeability, it is necessary to appropriately control the Ni content so as to satisfy the relationship of the above formula (1) according to the Si, Mn, Cr and Al contents. In other words, by optimizing the composition of the stainless steel as the base material as described above and satisfying the above formula (1), the bond energy between solid atoms and the bond energy between liquid atoms can be calculated. As a result, excellent Ni brazing properties are obtained. Therefore, the composition of the stainless steel as the base material is optimized, particularly the Si, Mn, Cr, Ni and Al contents. With the above range, Ni/(Si+Mn+0.08×Cr+Al) is set to 2.30 or more. Ni/(Si+Mn+0.08×Cr+Al) is preferably 2.50 or more, and more preferably 4. It is preferably 0.00 or more, and more preferably 5.00 or more.
以上、本発明の一実施形態に従うステンレス鋼の基本成分組成について説明したが、さらに、以下の元素のうちから選んだ1種または2種以上を含有させることができる。
Mo:3.00%以下、
Cu:3.00%以下、
Ti:0.50%以下、
Nb:0.50%以下、
V:0.20%以下、
Zr:0.10%以下、
Sn:0.50%以下、
B:0.0100%以下、
Ca:0.0100%以下、
Mg:0.0100%以下、
Ta:0.10%以下および
REM:0.10%以下
The basic component composition of the stainless steel according to one embodiment of the present invention has been described above. In addition, one or more elements selected from the following elements may be further contained.
Mo: 3.00% or less,
Cu: 3.00% or less,
Ti: 0.50% or less,
Nb: 0.50% or less,
V: 0.20% or less,
Zr: 0.10% or less,
Sn: 0.50% or less,
B: 0.0100% or less,
Ca: 0.0100% or less,
Mg: 0.0100% or less,
Ta: 0.10% or less and REM: 0.10% or less
Mo:3.00%以下
Moは、ステンレス鋼の不動態化皮膜を安定化させて耐食性を向上させる。このような効果を得るためには、Mo含有量を0.01%以上とすることが好適である。一方、Mo含有量が3.00%を超えると、高温強度が上昇して熱間加工性が低下しやすくなる。さらに、熱間圧延時に表面欠陥が発生しやすくなる。よって、Moを含有させる場合、その含有量は3.00%以下とすることが好ましい。Mo含有量は、より好ましくは0.60%以下であり、さらに好ましくは0.40%以下である。
Mo: 3.00% or less Mo stabilizes the passivation film of stainless steel to improve corrosion resistance. In order to obtain such an effect, it is preferable that the Mo content is 0.01% or more. On the other hand, if the Mo content exceeds 3.00%, the high-temperature strength increases and the hot workability is likely to decrease. Furthermore, surface defects are likely to occur during hot rolling. Therefore, when Mo is contained, its content is preferably 3.00% or less. The Mo content is more preferably 0.60% or less, and further preferably 0.40% or less.
Cu:3.00%以下
Cuは、耐食性を高める効果がある。このような効果を得るためには、Cu含有量を0.01%以上とすることが好適である。Cu含有量は、より好ましくは0.30%以上であり、さらに好ましくは0.50%以上である。一方、Cu含有量が3.00%を超えると、高温強度が上昇して熱間加工性が低下しやすくなる。そのため、Cuを含有させる場合、その含有量は3.00%以下とすることが好ましい。Cu含有量は、より好ましくは1.50%以下であり、さらに好ましくは1.20%以下である。
Cu: 3.00% or less Cu has the effect of increasing corrosion resistance. In order to obtain such an effect, it is preferable that the Cu content is 0.01% or more. The Cu content is more preferably 0.30% or more, and even more preferably 0.50% or more. On the other hand, if the Cu content exceeds 3.00%, the high-temperature strength increases and the hot workability tends to decrease. Therefore, when Cu is contained, the content is preferably 3.00% or less. The Cu content is more preferably 1.50% or less, and even more preferably 1.20% or less.
Ti:0.50%以下
Tiは、鋼の強度を高める効果がある。また、Tiは、鋼中に含まれるCおよびNと結合し、鋭敏化を防止する効果もある。このような効果を得るためには、Ti含有量を0.01%以上とすることが好適である。Ti含有量は、より好ましくは0.03%以上であり、さらに好ましくは0.05%以上である。一方、Ti含有量が0.50%を超えると、ろう付け時にステンレス鋼の表面に酸化皮膜が形成され、ろう付け性が低下するおそれがある。そのため、Tiを含有させる場合、その含有量は0.50%以下とすることが好ましい。Ti含有量は、より好ましくは0.20%以下であり、さらに好ましくは0.10%以下である。
Ti: 0.50% or less Ti has the effect of increasing the strength of steel. In addition, Ti also has the effect of preventing sensitization by bonding with C and N contained in steel. In order to obtain such an effect, it is preferable that the Ti content is 0.01% or more. The Ti content is more preferably 0.03% or more, and even more preferably 0.05% or more. On the other hand, if the Ti content exceeds 0.50%, an oxide film may be formed on the surface of the stainless steel during brazing, and the brazing property may be reduced. Therefore, when Ti is contained, the content is preferably 0.50% or less. The Ti content is more preferably 0.20% or less, and even more preferably 0.10% or less.
Nb:0.50%以下
Nbは、Tiと同様に、鋼の強度を高める効果がある。また、Nbは、鋼中に含まれるCおよびNと結合し、鋭敏化を防止する効果もある。このような効果を得るためには、Nb含有量を0.01%以上とすることが好適である。Nb含有量は、より好ましくは0.03%以上であり、さらに好ましくは0.05%以上である。一方、Nb含有量が0.50%を超えると、ろう付け時にステンレス鋼の表面に酸化皮膜が形成され、ろう付け性が低下するおそれがある。そのため、Nbを含有させる場合、その含有量は0.50%以下とすることが好ましい。Nb含有量は、より好ましくは0.20%以下であり、さらに好ましくは0.10%以下である。
Nb: 0.50% or less Like Ti, Nb has the effect of increasing the strength of steel. In addition, Nb also has the effect of preventing sensitization by bonding with C and N contained in steel. In order to obtain such an effect, it is preferable that the Nb content is 0.01% or more. The Nb content is more preferably 0.03% or more, and even more preferably 0.05% or more. On the other hand, if the Nb content exceeds 0.50%, an oxide film may be formed on the surface of the stainless steel during brazing, and the brazing property may be reduced. Therefore, when Nb is contained, the content is preferably 0.50% or less. The Nb content is more preferably 0.20% or less, and even more preferably 0.10% or less.
V:0.20%以下
Vは、TiやNbと同様に、鋼中に含まれるCおよびNと結合し、鋭敏化を防止する効果がある。このような効果を得るためには、V含有量を0.01%以上とすることが好適である。一方、V含有量が0.20%を超えると、加工性が低下しやすくなる。そのため、Vを含有させる場合、その含有量は0.20%以下とすることが好ましい。V含有量は、より好ましくは0.10%以下である。
V: 0.20% or less Like Ti and Nb, V combines with C and N contained in the steel and has the effect of preventing sensitization. In order to obtain such an effect, it is preferable that the V content is 0.01% or more. On the other hand, if the V content exceeds 0.20%, the workability is likely to decrease. Therefore, when V is contained, the content is preferably 0.20% or less. The V content is more preferably 0.10% or less.
Zr:0.10%以下
Zrは、TiやNbと同様に、鋼中に含まれるCおよびNと結合し、鋭敏化を防止する効果がある。このような効果を得るためには、Zr含有量を0.01%以上とすることが好適である。一方、Zr含有量が0.10%を超えると、加工性が低下しやすくなる。そのため、Zrを含有させる場合、その含有量は0.10%以下とすることが好ましい。Zr含有量は、より好ましくは0.05%以下である。
Zr: 0.10% or less Like Ti and Nb, Zr combines with C and N contained in the steel and has the effect of preventing sensitization. In order to obtain such an effect, it is preferable that the Zr content is 0.01% or more. On the other hand, if the Zr content exceeds 0.10%, the workability is likely to decrease. Therefore, when Zr is contained, the content is preferably 0.10% or less. The Zr content is more preferably 0.05% or less.
Sn:0.50%以下
Snは、圧延時の肌荒れ抑制に有効な元素である。このような効果を得るためには、Sn含有量を0.01%以上とすることが好適である。一方、Sn含有量が0.50%を超えると、熱間加工性が低下しやすくなる。そのため、Snを含有させる場合、その含有量は0.50%以下とすることが好ましい。Sn含有量は、より好ましくは0.20%以下であり、さらに好ましくは0.10%以下である。
Sn: 0.50% or less Sn is an element effective in suppressing roughness during rolling. In order to obtain such an effect, it is preferable to set the Sn content to 0.01% or more. On the other hand, if the Sn content exceeds 0.50%, the hot workability is likely to decrease. Therefore, when Sn is contained, the content is preferably 0.50% or less. The Sn content is more preferably 0.20% or less, and further preferably 0.10% or less.
B:0.0100%以下
Bは、熱間加工性を向上させる元素である。このような効果を得るためには、B含有量を0.0003%以上とすることが好適である。一方、B含有量が0.0100%を超えると、耐食性の低下を招くおそれがある。そのため、Bを含有させる場合、その含有量は0.0100%以下とすることが好ましい。B含有量は、より好ましくは0.0030%以下である。
B: 0.0100% or less B is an element that improves hot workability. In order to obtain such an effect, it is preferable that the B content is 0.0003% or more. On the other hand, if the B content exceeds 0.0100%, there is a risk of causing a decrease in corrosion resistance. Therefore, when B is contained, the content is preferably 0.0100% or less. The B content is more preferably 0.0030% or less.
Ca:0.0100%以下
Caは、溶接部の溶け込み性を改善して溶接性を向上させる。このような効果を得るためには、Ca含有量を0.0005%以上とすることが好適である。一方、Ca含有量が0.0100%を超えると、CaとSとが結合してCaSが生成し、耐食性が低下するおそれがある。そのため、Caを含有させる場合、その含有量は0.0100%以下とすることが好ましい。Ca含有量は、より好ましくは0.0050%以下、さらに好ましくは0.0020%以下である。
Ca: 0.0100% or less Ca improves the penetration of the welded portion and improves the weldability. In order to obtain such an effect, it is preferable that the Ca content is 0.0005% or more. On the other hand, if the Ca content exceeds 0.0100%, Ca and S are combined to generate CaS, which may reduce the corrosion resistance. Therefore, when Ca is contained, the content is preferably 0.0100% or less. The Ca content is more preferably 0.0050% or less, and further preferably 0.0020% or less.
Mg:0.0100%以下
Mgは、脱酸剤として作用する。このような効果を得るためには、Mg含有量を0.0005%以上とすることが好適である。一方、Mg含有量が0.0100%を超えると、鋼の靭性が低下して製造性が低下する。そのため、Mgを含有させる場合、その含有量は0.0100%以下とすることが好ましい。Mg含有量は、より好ましくは0.0050%以下、さらに好ましくは0.0020%以下である。
Mg: 0.0100% or less Mg acts as a deoxidizer. In order to obtain such an effect, it is preferable that the Mg content is 0.0005% or more. On the other hand, if the Mg content exceeds 0.0100%, the toughness of the steel decreases and the manufacturability decreases. Therefore, when Mg is contained, the content is preferably 0.0100% or less. The Mg content is more preferably 0.0050% or less, and further preferably 0.0020% or less.
Ta:0.10%以下
Taは、熱間加工性を向上させる元素である。このような効果を得るためには、Ta含有量を0.01%以上とすることが好適である。一方、Ta含有量が0.10%を超えると、耐食性が低下するおそれがある。そのため、Taを含有させる場合、その含有量は0.10%以下とすることが好ましい。Ta含有量は、より好ましくは0.05%以下である。
Ta: 0.10% or less Ta is an element that improves hot workability. In order to obtain such an effect, it is preferable that the Ta content is 0.01% or more. On the other hand, if the Ta content exceeds 0.10%, the corrosion resistance may decrease. Therefore, when Ta is contained, the content is preferably 0.10% or less. The Ta content is more preferably 0.05% or less.
REM:0.10%以下
REMは、熱間加工性を向上させる元素である。このような効果を得るためには、REM含有量を0.01%以上とすることが好適である。一方、REM含有量が0.10%を超えると、耐食性が低下するおそれがある。そのため、REMを含有させる場合、その含有量は0.10%以下とすることが好ましい。REM含有量は、より好ましくは0.05%以下である。なお、REMは、Sc、Yおよびランタノイド系元素(La、Ce、Pr、Nd、Smなど原子番号57~71までの元素)を意味するものである。また、ここでいうREM含有量は、これらの元素の合計含有量である。
REM: 0.10% or less REM is an element that improves hot workability. In order to obtain such an effect, it is preferable that the REM content is 0.01% or more. On the other hand, if the REM content exceeds 0.10%, the corrosion resistance may decrease. Therefore, when REM is contained, the content is preferably 0.10% or less. The REM content is more preferably 0.05% or less. Note that REM means Sc, Y, and lanthanoid elements (elements with atomic numbers of 57 to 71, such as La, Ce, Pr, Nd, and Sm). The REM content here is the total content of these elements.
本発明の一実施形態に従うステンレス鋼の成分組成における上記の元素以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。なお、上記したMo、Cu、Ti、Nb、V、Zr、Sn、B、Ca、Mg、TaおよびREMについて、各元素の含有量が各好適下限値未満の場合には、当該元素を不可避的不純物として扱うものとする。 The balance other than the above elements in the composition of the stainless steel according to one embodiment of the present invention is Fe and unavoidable impurities. Note that for the above-mentioned Mo, Cu, Ti, Nb, V, Zr, Sn, B, Ca, Mg, Ta and REM, if the content of each element is less than the respective preferred lower limit, the element is treated as an unavoidable impurity.
また、本発明の一実施形態に従うステンレス鋼の形状は特に限定されるものではないが、例えば、板状(鋼板)、管状(鋼管)および棒状(丸棒材や角材など)などを例示することができる。また、厚み(丸棒材の場合は外径)は、0.3~5.0mmが好ましく、より好ましくは0.8~2.0mmである。 The shape of the stainless steel according to one embodiment of the present invention is not particularly limited, but examples include plate (steel plate), tubular (steel pipe), and rod (round bar, square bar, etc.). The thickness (outer diameter in the case of round bar) is preferably 0.3 to 5.0 mm, and more preferably 0.8 to 2.0 mm.
加えて、本発明の一実施形態に従うステンレス鋼は、Niろう付け用、すなわち、Niろう付けの母材(被接合材)として用いるステンレス鋼である。ここで、Niろう付けとは、ろう材としてNiろう材を使用するろう付けである。また、Niろう材は、Ni:50質量%以上の成分組成を有する合金である。Niろう材は、好ましくはNi:70質量%以上、より好ましくはNi:80質量%以上の成分組成を有する合金である。Niろう材の成分組成には、融点を調整するなどの目的で他の元素、例えば、Cr、B、Si、Fe、CおよびPのうちの少なくとも1種の元素が含まれていてもよい。Niろう材のより具体的な成分組成としては、例えば、JIS Z 3265:1998に規定されるニッケルろうの成分組成を例示できる。なお、Niろう材の使用形態は、特に限定されるものではないが、例えば、ペースト状(粉体のNiろう材を有機物で構成されるバインダーと混ぜ合せたもの)が好ましい。ペースト状のNiろう材において、Niろう材に対するバインダーの質量混合比率(=[バインダーの質量]/[Niろう材の質量]×100)は、質量%で、好ましくは5~30%、より好ましくは10~20%である。なお、有機物で構成されるバインダーは、Niろう付け時に揮発する。 In addition, the stainless steel according to one embodiment of the present invention is a stainless steel for Ni brazing, that is, a stainless steel used as a base material (joined material) for Ni brazing. Here, Ni brazing is brazing using Ni brazing material as a brazing material. The Ni brazing material is an alloy having a composition of Ni: 50% or more by mass. The Ni brazing material is preferably an alloy having a composition of Ni: 70% or more by mass, more preferably Ni: 80% or more by mass. The composition of the Ni brazing material may contain other elements, for example, at least one element selected from Cr, B, Si, Fe, C and P, for the purpose of adjusting the melting point. A more specific composition of the Ni brazing material may be, for example, the composition of nickel brazing material specified in JIS Z 3265:1998. The form of use of the Ni brazing material is not particularly limited, but is preferably, for example, a paste (a mixture of powdered Ni brazing material and a binder composed of an organic substance). In the paste-like Ni brazing material, the mass mixing ratio of the binder to the Ni brazing material (= [mass of binder] / [mass of Ni brazing material] x 100) is, in mass%, preferably 5 to 30%, and more preferably 10 to 20%. Note that the binder, which is made of an organic substance, volatilizes during Ni brazing.
また、本発明の一実施形態に従うステンレス鋼は、後述する給湯器や熱交換器に使用して特に好適である。 The stainless steel according to one embodiment of the present invention is particularly suitable for use in water heaters and heat exchangers, as described below.
[2]接合体、ならびに、給湯器および熱交換器
次に、本発明の一実施形態に従う接合体、ならびに、給湯器および熱交換器について、説明する。
[2] Joint, Water Heater, and Heat Exchanger Next, a joint, a water heater, and a heat exchanger according to one embodiment of the present invention will be described.
本発明の一実施形態に従う接合体は、上記[1]のステンレス鋼と、金属材料と、該ステンレス鋼および該金属材料を接合するNiろう材の接合部(以下、単に接合部ともいう)と、をそなえる。 The joint according to one embodiment of the present invention comprises the stainless steel [1] above, a metal material, and a joint (hereinafter simply referred to as the joint) of Ni brazing material that joins the stainless steel and the metal material.
ここで、上記[1]のステンレス鋼は、母材となるものである。 Here, the stainless steel in [1] above is the base material.
また、金属材料は、母材となる上記[1]のステンレス鋼の相手側の母材(以下、単に相手材ともいう)となるものである。すなわち、金属材料は、上記[1]のステンレス鋼と接合する材料であり、例えば、ステンレス鋼や銅、銅合金やニッケル合金などの合金、炭素鋼や合金鋼などを例示できる。なかでも、ステンレス鋼、銅および銅合金が好適である。また、金属材料は上記[1]のステンレス鋼であってもよい。言い換えれば、接合部は、上記[1]のステンレス鋼同士の接合部であってもよい。 The metallic material is the base material (hereinafter, simply referred to as the mating material) of the stainless steel of [1] above, which is the base material. In other words, the metallic material is a material that is joined to the stainless steel of [1] above, and examples of such materials include stainless steel, copper, alloys such as copper alloys and nickel alloys, carbon steel, and alloy steel. Among these, stainless steel, copper, and copper alloys are preferable. The metallic material may also be the stainless steel of [1] above. In other words, the joint may be a joint between the stainless steels of [1] above.
接合部は、ろう付けの時に溶融したNiろう材が凝固して形成される。そのため、接合部は、上記したNiろう材の成分組成と同様、Ni:50質量%以上の成分組成を有するものともいうことができる。また、接合部の成分組成には、Ni以外に、例えば、Cr、B、Si、Fe、CおよびPのうちの少なくとも1種の元素や母材となるステンレス鋼や相手材となる金属材料由来の元素が含まれていてもよい。 The joint is formed by solidifying the Ni brazing material that is molten during brazing. Therefore, the joint can be said to have a composition of Ni: 50 mass% or more, similar to the composition of the Ni brazing material described above. In addition to Ni, the composition of the joint may also contain at least one element of Cr, B, Si, Fe, C, and P, or elements derived from the stainless steel base material or the metallic material that is the mating material.
なお、本発明の一実施形態に従う接合体が複数の接合部を有する場合には、そのうちの少なくとも1つが、Niろう材の接合部であればよい。 In addition, when a joint according to one embodiment of the present invention has multiple joints, at least one of them should be a Ni brazing material joint.
また、本発明の一実施形態に従う給湯器および熱交換器は、例えば、配管同士の接合体や配管と管板との接合体として、本発明の一実施形態に従う接合体を有するものである。ここで、配管同士や、配管と管板はそれぞれ、上記[1]のステンレス鋼と金属材料(母材と相手材)に相当するものである。 The water heater and heat exchanger according to one embodiment of the present invention have a joint according to one embodiment of the present invention, for example, as a joint between pipes or a joint between a pipe and a tube sheet. Here, the pipes and the pipe and the tube sheet correspond to the stainless steel and metal material (base material and mating material) in [1] above, respectively.
なお、給湯器としては、ガス給湯器や電気温水器、潜熱回収型給湯器を例示できる。また、熱交換器としては、給湯器や排熱回収器、排気ガス再循環装置の熱交換器を例示できる。 Examples of water heaters include gas water heaters, electric water heaters, and latent heat recovery water heaters. Examples of heat exchangers include water heaters, exhaust heat recovery devices, and heat exchangers in exhaust gas recirculation devices.
[3]ステンレス鋼の製造方法
次に、本発明の一実施形態に従うステンレス鋼の好適な製造方法を、板状のステンレス鋼(以下、ステンレス鋼板ともいう)を製造する場合を例示して説明する。
まず、上記の成分組成を有する鋼素材(鋼スラブ)を、熱間圧延して所定板厚の熱延鋼板とする。ついで、該熱延鋼板に任意に熱延板焼鈍を施し、熱延焼鈍鋼板とする。ついで、該熱延鋼板または熱延焼鈍鋼板に冷間圧延を施して所定板厚の冷延鋼板とする。ついで、該冷延鋼板に冷延板焼鈍を施し、冷延焼鈍鋼板とする。これにより、上記の成分組成を有するステンレス鋼板を製造することができる。なお、熱間圧延や冷間圧延、熱延板焼鈍、冷延板焼鈍などの条件は特に限定されず、常法に従えばよい。
[3] Method for Producing Stainless Steel Next, a preferred method for producing stainless steel according to one embodiment of the present invention will be described taking as an example the case of producing a plate-shaped stainless steel (hereinafter also referred to as a stainless steel plate).
First, a steel material (steel slab) having the above-mentioned composition is hot-rolled to obtain a hot-rolled steel sheet having a predetermined thickness. Then, the hot-rolled steel sheet is optionally subjected to hot-rolled annealing to obtain a hot-rolled annealed steel sheet. Then, the hot-rolled steel sheet or the hot-rolled annealed steel sheet is cold-rolled to obtain a cold-rolled steel sheet having a predetermined thickness. Then, the cold-rolled steel sheet is subjected to cold-rolled annealing to obtain a cold-rolled annealed steel sheet. In this way, a stainless steel sheet having the above-mentioned composition can be manufactured. Note that the conditions of hot rolling, cold rolling, hot-rolled annealing, cold-rolled annealing, etc. are not particularly limited, and may be in accordance with a conventional method.
例えば、鋼を溶製する製鋼工程では、転炉または電気炉等で溶解した鋼をVOD法等により二次精錬し、上記の成分組成を有する鋼とすることが好ましい。溶製した溶鋼は、公知の方法で鋼素材とすることができる。生産性および品質面から、連続鋳造法が好ましい。ついで、鋼素材を、好ましくは1050~1250℃に加熱し、熱間圧延により所定板厚の熱延鋼板とする。ついで、上記の熱延鋼板に、任意に900~1150℃の温度で連続焼鈍を施した後、任意に酸洗等により脱スケールし、熱延焼鈍鋼板とする。さらに、任意に、酸洗前にショットブラストによりスケール除去してもよい。 For example, in the steelmaking process in which steel is melted, it is preferable to perform secondary refining of steel melted in a converter or electric furnace, etc., by the VOD method or the like to produce steel having the above-mentioned composition. The produced molten steel can be made into a steel material by a known method. In terms of productivity and quality, the continuous casting method is preferable. Next, the steel material is heated, preferably to 1050 to 1250°C, and hot-rolled into a hot-rolled steel sheet of a predetermined thickness by hot rolling. Next, the above-mentioned hot-rolled steel sheet is optionally subjected to continuous annealing at a temperature of 900 to 1150°C, and then optionally descaled by pickling or the like to produce a hot-rolled annealed steel sheet. Furthermore, scale may be removed by shot blasting before pickling.
また、上記熱延鋼板または熱延焼鈍鋼板に、冷間圧延を施してもよい。冷間圧延の回数は、1回でもよい。また、生産性や要求品質上の観点から、冷間圧延の回数は、中間焼鈍を挟んで2回以上としてもよい。冷間圧延における総圧下率は、60%以上が好ましく、より好ましくは70%以上である。ついで、冷間圧延して得られた冷延鋼板に、任意に、好ましくは900~1150℃、より好ましくは950~1150℃の温度で連続焼鈍(仕上げ焼鈍)を施した後、任意に酸洗し、冷延焼鈍鋼板とする。なお、連続焼鈍を光輝焼鈍により行って、酸洗を省略してもよい。さらに用途によっては、仕上げ焼鈍後、スキンパス圧延等を行って、鋼板の形状や表面粗度および材質調整を行ってもよい。 The hot-rolled steel sheet or hot-rolled annealed steel sheet may be subjected to cold rolling. The number of cold rolling may be one. From the viewpoint of productivity and required quality, the number of cold rolling may be two or more with intermediate annealing in between. The total reduction in cold rolling is preferably 60% or more, more preferably 70% or more. Next, the cold-rolled steel sheet obtained by cold rolling is optionally subjected to continuous annealing (finish annealing) at a temperature of preferably 900 to 1150°C, more preferably 950 to 1150°C, and then optionally pickled to obtain a cold-rolled annealed steel sheet. Note that continuous annealing may be performed by bright annealing, and pickling may be omitted. Furthermore, depending on the application, after finish annealing, skin pass rolling or the like may be performed to adjust the shape, surface roughness, and material of the steel sheet.
上記の例では、板状とする場合の製造方法を例として説明したが、板状以外に熱間加工および冷間加工することもできる。この場合の熱間加工や冷間加工などの条件も特に限定されず、常法に従えばよい。 In the above example, a manufacturing method for forming a plate shape was described as an example, but hot working and cold working can also be used for other shapes besides plate shapes. In this case, the conditions for hot working and cold working are not particularly limited, and may be in accordance with conventional methods.
[4]Niろう付け
次に、上記[2]の本発明の一実施形態に従う接合体、ならびに、給湯器および熱交換器を製造する(組み立てる)際に行うNiろう付けについて、説明する。
[4] Ni brazing Next, the joined body according to the embodiment of the present invention described above in [2], and Ni brazing performed when manufacturing (assembling) a water heater and a heat exchanger will be described.
Niろう付けは、例えば、真空炉または雰囲気炉を使用し、真空度が4.0×10-3Pa~60Pa以下の真空雰囲気中または窒素雰囲気中で実施することが好ましい。ろう付け時の温度は特に限定されないが、900~1100℃が好ましい。ろう付け温度での保持時間が過度に短いと、ろう材が十分にぬれ広がらない。一方、ろう付け温度での保持時間が過度に長いと、母材となるステンレス鋼の表面で酸化皮膜が成長し、ろう付け性が低下するおそれがある。したがって、ろう付け時間は5~60分間が好ましい。なお、Niろう材や母材となる上記[1]のステンレス鋼、相手材となる金属材料については、上記で説明したとおりである。このようにして、母材となる上記[1]のステンレス鋼と、相手材となる金属材料とをNiろう付けすることにより、上記[2]の本発明の一実施形態に従う接合体、ならびに、給湯器および熱交換器を製造することができる。なお、他の製造工程については、常法に従えばよい。 Ni brazing is preferably performed in a vacuum atmosphere or nitrogen atmosphere with a degree of vacuum of 4.0×10 −3 Pa to 60 Pa or less using, for example, a vacuum furnace or an atmosphere furnace. The temperature during brazing is not particularly limited, but 900 to 1100° C. is preferable. If the holding time at the brazing temperature is too short, the brazing material does not spread sufficiently. On the other hand, if the holding time at the brazing temperature is too long, an oxide film may grow on the surface of the stainless steel as the base material, and the brazing property may be reduced. Therefore, the brazing time is preferably 5 to 60 minutes. The Ni brazing material, the stainless steel as the base material [1] above, and the metal material as the mating material are as described above. In this way, by Ni brazing the stainless steel as the base material [1] and the metal material as the mating material, the joint according to one embodiment of the present invention as well as the water heater and the heat exchanger as described above [2] can be manufactured. Other manufacturing steps may be performed according to ordinary methods.
表1に示した成分組成(残部はFeおよび不可避的不純物)を有する鋼を真空溶解炉で溶製した。ついで、当該鋼を1100~1200℃で1時間加熱し、熱間圧延して板厚:4.0mmの熱延鋼板を得た。ついで、該熱延鋼板に、950~1100℃の温度域での熱延板焼鈍を施し、熱延焼鈍鋼板を得た。ついで、該熱延焼鈍鋼板に、機械研削を施してスケールを除去した後、冷間圧延を施して、板厚:1.0mmの冷延鋼板を得た。ついで、該冷延鋼板に、950~1100℃の温度域で仕上げ焼鈍を施し、冷延焼鈍鋼板を得た。得られた冷延焼鈍鋼板の表面をエメリー研磨紙で800番まで研磨し、アセトンによる脱脂を行い、供試材となるステンレス鋼を得た。 A steel having the composition shown in Table 1 (the balance being Fe and unavoidable impurities) was melted in a vacuum melting furnace. The steel was then heated at 1100-1200°C for 1 hour and hot rolled to obtain a hot-rolled steel sheet with a thickness of 4.0 mm. The hot-rolled steel sheet was then annealed at a temperature range of 950-1100°C to obtain a hot-rolled annealed steel sheet. The hot-rolled annealed steel sheet was then mechanically ground to remove scale, and then cold rolled to obtain a cold-rolled steel sheet with a thickness of 1.0 mm. The cold-rolled steel sheet was then finish-annealed at a temperature range of 950-1100°C to obtain a cold-rolled annealed steel sheet. The surface of the obtained cold-rolled annealed steel sheet was polished with emery paper up to No. 800 and degreased with acetone to obtain a stainless steel specimen.
かくして得られたステンレス鋼について、以下の要領で、Niろう付け性の評価を行った。なお、供試材とするステンレス鋼の成分組成は、表1に記載した各鋼種の成分組成と実質的に同じであり、発明例についてはいずれも上記の成分組成の範囲を満足するものであった。 The stainless steel thus obtained was evaluated for Ni brazing properties as follows. The composition of the stainless steel test materials was substantially the same as the composition of each steel type listed in Table 1, and all of the inventive examples satisfied the above range of composition.
(Niろう付け性の評価)
上記のステンレス鋼(冷延焼鈍鋼板)から、幅:50mm、長さ:50mmの試験片を切り出した。ついで、試験片の表面の直径5mmの円内に、ペースト状のNiろう材を0.1g設置した。ペースト状のNiろう材は、粉体のNiろう材(BNi-2(JIS Z 3265:1998))と有機物で構成されるバインダーとを混合したものである。また、Niろう材に対するバインダーの質量混合比率は、質量%で10%とした。ついで、真空炉内に試験片を水平に配置し、真空炉内を真空引きした。ついで、真空炉に窒素ガスを導入した。ついで、真空炉を加熱し、試験片を、1050℃、40Paの窒素雰囲気中にて10分間保持した。ついで、室温まで冷却し、試験片の表面のNiろう材の円相当直径を測定した。そして、次式によりNiろう材の広がり率を算出し、以下の評価基準により、Niろう付け性を評価した。評価結果を表1に併記する。
[Niろう材の広がり率(%)]=[試験片の表面における加熱後のNiろう材の円相当直径(mm)]÷[試験片の表面における加熱前のNiろう材の円相当直径(mm)]×100
・評価基準
優(合格):Ni含有ろう材の広がり率が150%以上
不十分(不合格):Ni含有ろう材の広がり率が150%未満
(Evaluation of Ni brazing ability)
A test piece having a width of 50 mm and a length of 50 mm was cut out from the above stainless steel (cold-rolled annealed steel sheet). Then, 0.1 g of a paste-like Ni brazing material was placed in a circle having a diameter of 5 mm on the surface of the test piece. The paste-like Ni brazing material was a mixture of powdered Ni brazing material (BNi-2 (JIS Z 3265:1998)) and a binder composed of an organic substance. The mass mixing ratio of the binder to the Ni brazing material was 10% by mass. Then, the test piece was placed horizontally in a vacuum furnace, and the vacuum furnace was evacuated. Then, nitrogen gas was introduced into the vacuum furnace. Then, the vacuum furnace was heated, and the test piece was held in a nitrogen atmosphere of 1050 ° C. and 40 Pa for 10 minutes. Then, it was cooled to room temperature, and the circle equivalent diameter of the Ni brazing material on the surface of the test piece was measured. The spreadability of the Ni brazing material was calculated by the following formula, and the Ni brazing property was evaluated according to the following evaluation criteria. The evaluation results are shown in Table 1.
[Spreadability of Ni brazing filler metal (%)] = [Circle equivalent diameter (mm) of Ni brazing filler metal on the surface of the test piece after heating] ÷ [Circle equivalent diameter (mm) of Ni brazing filler metal on the surface of the test piece before heating] × 100
Evaluation criteria: Excellent (pass): The spread rate of the Ni-containing brazing filler metal is 150% or more. Insufficient (fail): The spread rate of the Ni-containing brazing filler metal is less than 150%.
表1に示したように、発明例のステンレス鋼ではいずれも、優れたNiろう付け性が得られた。 As shown in Table 1, all of the stainless steels in the invention examples showed excellent Ni brazing properties.
一方、比較例では、十分なNiろう付け性が得られなかった。
すなわち、比較例No.19では、Si含有量が上限値超えであったため、十分なろう付け性を得られなかった。
比較例No.20では、Cr含有量が上限値超えであったため、十分なろう付け性を得られなかった。
比較例No.21では、Al含有量が上限値超えであったため、十分なろう付け性を得られなかった。
比較例No.22では、Mn含有量が上限値超えであったため、十分なろう付け性を得られなかった。
比較例No.23では、Ni含有量が下限値未満であり、また上掲式(1)を満足しなかったため、十分なろう付け性を得られなかった。
比較例No.24では、上掲式(1)を満足しなかったため、十分なろう付け性を得られなかった。
On the other hand, in the comparative examples, sufficient Ni brazeability was not obtained.
That is, in Comparative Example No. 19, the Si content exceeded the upper limit, and therefore sufficient brazeability was not obtained.
In Comparative Example No. 20, the Cr content exceeded the upper limit, and therefore sufficient brazeability was not obtained.
In Comparative Example No. 21, the Al content exceeded the upper limit, and therefore sufficient brazeability was not obtained.
In Comparative Example No. 22, the Mn content exceeded the upper limit, and therefore sufficient brazeability was not obtained.
In Comparative Example No. 23, the Ni content was below the lower limit and did not satisfy the above formula (1), so sufficient brazeability was not obtained.
In Comparative Example No. 24, the above formula (1) was not satisfied, and therefore sufficient brazeability was not obtained.
本発明の一実施形態に従うステンレス鋼は、優れたNiろう付け性を有する。そのため、本発明の一実施形態に従うフェライト系ステンレス鋼は、組み立て時にNiろう付けが行われる給湯器や熱交換器へ適用して特に好適である。 The stainless steel according to one embodiment of the present invention has excellent Ni brazing properties. Therefore, the ferritic stainless steel according to one embodiment of the present invention is particularly suitable for use in water heaters and heat exchangers that are assembled using Ni brazing.
Claims (5)
C:0.001~0.050%、
Si:0.01~0.50%、
Mn:0.01~0.50%、
P:0.050%以下、
S:0.010%以下、
Cr:16.00~22.00%、
Ni:3.00~15.00%、
Al:0.100%以下および
N:0.001~0.300%、
であり、残部がFeおよび不可避的不純物である成分組成を有し、
次式(1)の関係を満足する、Niろう付け用ステンレス鋼。
Ni/(Si+Mn+0.08×Cr+Al)≧2.30 ・・・(1)
式中、Si、Mn、Cr、NiおよびAlはそれぞれ、成分組成におけるSi、Mn、Cr、NiおよびAl含有量(質量%)である。 In mass percent,
C: 0.001-0.050%,
Si: 0.01 to 0.50%,
Mn: 0.01 to 0.50%,
P: 0.050% or less,
S: 0.010% or less,
Cr: 16.00-22.00%,
Ni: 3.00 to 15.00%,
Al: 0.100% or less and N: 0.001 to 0.300%,
and the balance being Fe and unavoidable impurities,
A stainless steel for Ni brazing that satisfies the following formula (1).
Ni/(Si+Mn+0.08×Cr+Al)≧2.30 (1)
In the formula, Si, Mn, Cr, Ni and Al are the Si, Mn, Cr, Ni and Al contents (mass%) in the component composition, respectively.
Mo:3.00%以下、
Cu:3.00%以下、
Ti:0.50%以下、
Nb:0.50%以下、
V:0.20%以下、
Zr:0.10%以下、
Sn:0.50%以下、
B:0.0100%以下、
Ca:0.0100%以下、
Mg:0.0100%以下、
Ta:0.10%以下および
REM:0.10%以下
のうちから選んだ1種または2種以上を含有する、請求項1に記載のNiろう付け用ステンレス鋼。 The composition further comprises, in mass%,
Mo: 3.00% or less,
Cu: 3.00% or less,
Ti: 0.50% or less,
Nb: 0.50% or less,
V: 0.20% or less,
Zr: 0.10% or less,
Sn: 0.50% or less,
B: 0.0100% or less,
Ca: 0.0100% or less,
Mg: 0.0100% or less,
The stainless steel for Ni brazing according to claim 1, containing one or more selected from the group consisting of Ta: 0.10% or less and REM: 0.10% or less.
金属材料と、
該Niろう付け用ステンレス鋼および該金属材料を接合するNiろう材の接合部と、
をそなえる、接合体。 The stainless steel for Ni brazing according to claim 1 or 2,
A metal material;
a joint between the stainless steel for Ni brazing and the metal material, and a Ni brazing material;
A zygote that has the following functions.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2023007684A JP2024103391A (en) | 2023-01-20 | 2023-01-20 | Stainless steel for Ni brazing, joints, heat exchangers and water heaters |
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- 2023-01-20 JP JP2023007684A patent/JP2024103391A/en active Pending
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