JP6807221B2

JP6807221B2 - Ｎｉろう付け接合熱交換器部材

Info

Publication number: JP6807221B2
Application number: JP2016229184A
Authority: JP
Inventors: 信彦平出; 篤剛林
Original assignee: Nippon Steel Stainless Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Stainless Steel Corp
Priority date: 2016-11-25
Filing date: 2016-11-25
Publication date: 2021-01-06
Anticipated expiration: 2036-11-25
Also published as: JP2018083979A

Description

本発明は、Ｎｉろうを用いたろう付け接合により組み立てられ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に関する。自動車用熱交換器としては、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）クーラ、オイルクーラ、排熱回収器が挙げられる。また、給湯機分野においては、潜熱回収ガス型ガス給湯機の二次熱交換器やＣＯ₂冷媒ヒートポンプ式給湯器（通称：エコキュート（登録商標））の熱交換器が挙げられる。その他、Ｎｉろうを用いたろう付け接合により組み立てられる熱交換器部材に使用されるオーステナイト系ステンレス鋼およびそのろう付け接合部材が対象となる。

近年、自動車分野においては、環境問題に対する意識の高まりから、排ガス規制の強化が進むと共に、炭酸ガス排出抑制に向けた取り組みが進められている。また、バイオエタノールやバイオディーゼル燃料といった燃料面からの取り組みに加え、より一層の軽量化や、ＥＧＲ、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）、尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムといった排ガス処理装置を設置するといった取り組みが実施されている。さらに、燃費向上を目的として、排気熱を熱回収する排熱回収器も搭載されはじめている。

このなかで、ＥＧＲクーラは、エンジンの排ガスをエンジン冷却水を用いて冷却した後、吸気側に戻して再燃焼させることで燃焼温度を下げ、有毒ガスであるＮＯｘを低減させることを目的としている。また、排熱回収器は、排ガスでエンジン冷却水を加熱してヒータやエンジンの暖機に活用するシステムであり、排気熱再循環システムとも呼ばれる。これにより、ハイブリッド車では、コールドスタートからエンジンストップまでの時間が短縮され、特に冬季において、燃費向上に寄与している。

更に給湯機器分野においても環境対応型の機器の普及に応じて、熱交換器の適用が広がっている．ガス給湯器では、従来そのまま排気していた１５０〜２００℃程度の高温排ガスからの潜熱を回収するために、ステンレス鋼製の二次熱交換器を追加した潜熱回収型ガス給湯器の普及が進んでいる。また電気温水器も従来はヒータを内蔵するタイプであったが、電気エネルギーを１／３以下に低減可能なＣＯ₂冷媒ヒートポンプ式給湯器；通称エコキュート（登録商標）への切換が進んでおり、ここにも熱交換器が使用されている。

このような熱交換器に、良好な熱効率が要求され熱伝導性が良好であるとともに、排ガスと接するため排ガス凝縮水に対して優れた耐食性が要求される。自動車部品の場合、冷却水の漏れという重大な事故につながる可能性のあるＥＧＲクーラや排熱回収器には、より一層の安全性が求められ、より優れた耐食性が要求される。また、熱交換部の構造は複雑なことから、溶接接合により組み立てられる場合もあるが、ろう付け接合により組み立てられる場合もある。ろう付け接合により組み立てられる熱交換部の材料には、良好なろう付け性が必要となる。

熱交換器に用いられる材料は、その耐食性や強度を生かして一般にＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６といったオーステナイト系ステンレス鋼が用いられる。最近熱効率向上のため、使用される熱交換器の温度は高温化する傾向にあり、優れた高温強度が必要とされる。また、同様に熱効率向上の観点から、主流であるプレート／フィン型熱交換器においてはプレートやフィンの形状が複雑化する傾向にあり、良好な成形性が求められている。さらに、５００〜７００℃といった温度域ではＣｒ炭化物の析出に伴い鋭敏化して粒界腐食を発生する場合があるので、耐粒界腐食性も必要である。

一方、ろう付け継手に関しても良好な耐食性や耐熱性が求められるが、この点においてＮｉろうはＣｕろうに比べ優れるため、耐食性や耐熱性が重要視される用途に好適である。加えて継手部には強度と靭性が求められるが、Ｃｕろうに比べＮｉろうにより形成されたろう継手部は靭性に劣るという課題がある。

特許文献１には、リン含有ニッケル合金をステンレス鋼材よりなる熱交換器部品の表面に無電解メッキにより被覆した後、このリン含有ニッケル皮膜を高温真空中で溶融させてろう材として用いるろう付け工程が開示されている。用いるステンレス鋼の一例としてＳＵＳ３０４が開示されている。

オーステナイト系ステンレス鋼を用いたろう付け接合部材として、特許文献２にはエンジン排気ガス浄化装置の一部で排気ガス浄化触媒を担持した金属担体を収容する筒状構造体が、特許文献３には低圧燃料用コモンレールが開示されているが、その鋼種は開示されていない。同様に、特許文献４にはＥＧＲガス冷却装置の熱交換器用伝熱管が開示され、伝熱管の波形フィン構造体に使用されるオーステナイト系ステンレス鋼としてＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌが開示されている。

特許文献５には、ＦｅまたはＦｅ合金層、ＴｉまたはＴｉ合金層、およびＮｉまたはＮｉ合金層を重ねた複層構造のろう材層を、Ｎｉを含む合金からなる基材の表面に形成させたろう付け用複合材が開示されている。ここで、Ｎｉを含む合金からなる基材としてオーステナイト系ステンレス鋼または２相ステンレス鋼が開示されており、一例としてＳＵＳ３０４を挙げている。

特許文献６には、Ｃ：０．０８０％以下、Ｓｉ：１．２〜３．０％、Ｍｎ：０．４〜２．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．００３％以下、Ｎｉ：６．０〜１２．０％、Ｃｒ：１６．０〜２０．０％、Ｃｕ：０．２〜３．０、Ｍｏ：０．１〜１．０％、Ａｌ：０．００２〜０．１０％、Ｎ：０．０３０〜０．１５０％、かつ１．６≦Ｃｕ×Ｓｉ≧４．４と０．１６≦２Ｎ＋Ｍｏ≦１．０を満足する耐食性およびろう付け性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。

特許文献７には、Ｃ：０．００１〜０．０３％、Ｓｉ：０．１０〜０．７０％、Ｍｎ：０．１０〜１．００％、Ｐ：０．００５〜０．０４５％、Ｓ：０．００３％以下、Ｎｉ：１８．００〜４０．００％、Ｃｒ：２０．００〜３０．００％、Ｃｕ：２．００％以下、Ｍｏ：３．００〜８．００、Ａｌ：０．１３％以下、Ｎ：０．０５〜０．３０％を含有し、さらにＣｒ＋２Ｍｏ＋０．５Ｎｉ≧４０を満足する排ガス流路部材用オーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。

特許文献８には、粉末状Ｎｉろうに、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ合金、ステンレス鋼のうち選ばれた金属粉末を１〜１０％未満添加することで、ぬれ性が良好で、連続した脆化相が生じることなく、クラックの発生を防止することができるＮｉろう材が開示されている。

特開２００４−２０５０５９号公報特開２００４−１００５９８号公報特開２００５−１７１９３８号公報特開２００８−２０２８４６号公報特開２００６−３３４６０２号公報特開２０１２−２０７２５９号公報特開２０１３−１９９６６１号公報特開１９９９−１１４６９２号公報

熱交換器類には、一般にＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６といった汎用のオーステナイトステンレス鋼が用いられているが、その用途および使用量共に拡大する動きにあり、生産性の向上や製造コスト低減が求められている。特に耐熱性や耐食性が要求される熱交換器類は、Ｎｉろうを用いてろう付け接合により組み立てられる場合が多いが、ろう付け継手部の信頼性の観点から靭性の向上が求められている。

本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、ろう付け接合により組み立てられる熱交換器部材に好適に用いることができ、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６といった汎用のオーステナイト系ステンレス鋼に比べさらにろう付け性に優れ、Ｎｉろうのろう付け継手部の靭性向上に有用な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を提供することを目的とする。

上記課題を解決することを目的とした本発明の要旨は、以下のとおりである。
〔１〕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、
Ｎｉろう付け部を有し、ステンレス鋼に隣接する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を用いたＮｉろう付け接合熱交換器部材。
［２］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〕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。
〔３〕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〕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を用いたＮｉろう付け接合熱交換器部材。

以上のように、本発明によればＮｉろうを用いてろう付け接合により組み立てられる熱交換器部材に好適なオーステナイト系ステンレス鋼およびろう付け接合熱交換器部材を提供することができる。本発明の熱交換器部材用オーステナイト系ステンレス鋼は、自動車部品のなかではＥＧＲクーラ、オイルクーラ、排熱回収器等の部品に、また給湯関係の熱交換器としては、ガスでは潜熱回収型給湯器の二次熱交換器に、電気ではエコキュート（登録商標）のプレート型熱交換器等に好適である。

ろう付け部の評価方法について、ろう付け加熱前を示す図であり、（Ａ）はＡ−Ａ矢視断面図、（Ｂ）は平面図である。ろう付け部の評価方法について、ろう付け加熱後を示す図であり、（Ａ）はＡ−Ａ矢視断面図、（Ｂ）は平面図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
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。

まず、ろう付けについて述べる。ステンレス鋼の表面には、Ｃｒに富む（Ｆｅ、Ｃｒ）酸化物皮膜が形成されており、これにより優れた耐食性を発現している。ろう付けのためにぬれ性を確保するにはこの皮膜を除去する必要があり、皮膜を還元するために真空度もしくは露点の低い条件でろう付けされる。具体的には、ろう付け温度において、少なくともＣｒとＣｒ₂Ｏ₃とが平衡する真空度もしくは露点よりも低い条件にて実施される。したがって、皮膜が還元されるろう付け雰囲気において、ろう付け部に接する母材中にろう付け性に有効な元素を含有させることができれば、ろう付け性の向上が図れると考えた。その結果、ステンレス鋼に１．５％を超えるＳｉを含有させることが、ろう付け性に有効であることを知見した。鋼中のＳｉ量を増加させるほどろう付け性は向上するが、４％を超えるＳｉを含有させてもその効果は飽和する。Ｓｉがろう付け性を向上させる理由については明らかになっていないが、Ｓｉにはステンレス鋼とろうとの界面張力を下げる効果があること、ＳｉはＮｉろうおよびＣｕろうに固溶しやすい元素であることがろう付け性を向上させた一因と推定している。

次に、ろう付け継手部の靭性について述べる。Ｎｉろうの場合、ろう付け時にまず母材との境界からＮｉリッチな初相（以下「Ｎｉリッチ相」という。）が晶出したのち、共晶反応によりＮｉリッチ相とＣｒリッチ相が晶出して共晶部を形成する。後者の共晶部が脆く破壊の起点になり、ろう付け時に亀裂が生じ、その結果として靱性を低下させやすい。また、ろう付け時に亀裂が生じると、亀裂部が腐食の起点となり耐食性を劣化させる要因となる。そのため、通常はろう付け接合されるすきま部の間隔を狭く制御することでろう付け部の体積を必要最小限として靭性を確保している。しかしながら部品の形状によってはすきま間隔を狭く制御することが難しい場合がある。そこで、発明者らは、初晶のＮｉリッチ相を増加させることでろう付け部のＮｉリッチ相率を増加させて、靭性を確保することを考えた。前記のように、ＳｉはＮｉろうに固溶しやすい元素であるが、特にＮｉリッチ相に固溶しやすいことをろう付け部の分析結果から知見した。すなわち、母材中のＳｉ含有量を本発明で規定する含有量とすることにより、ろう付け時に母材中のＳｉがＮｉろう中に拡散し固溶することでＮｉリッチ相を増加させて、継ぎ手部の靭性向上に寄与させるというものである。ろう付け時に亀裂が生じないような初晶のＮｉリッチ相率としては４０％以上必要であり、４５％以上あることが好ましく、５０％以上であることがより好ましい。また、Ｎｉリッチ相中のＳｉ量としては、０．７×（Ｎｉろう材のＳｉ量）＋０．５％以上あることが好ましく、０．７×（Ｎｉろう材のＳｉ量）＋１％以上あることがより好ましい。

なお、初晶のＮｉリッチ相への鋼中Ｓｉの固溶を促進させてＮｉリッチ相を増加させるには、ろう付け温度から９００℃程度までの冷却速度をできるだけ遅くすることが望ましく、２０℃／分以下とするのが望ましい。より望ましくは１５℃／分以下、さらに望ましくは１０℃／分以下である。そこで本発明の熱交換器部材用オーステナイト系ステンレス鋼においては、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％以上となることと規定する。また、当該条件でＮｉろう付け部のＮｉリッチ相率が４０％以上となる場合には、Ｎｉリッチ相中のＳｉ量としては、０．７×（Ｎｉろう材のＳｉ量）＋０．５％以上を実現することができる。

前述のように、母材中のＳｉにはステンレス鋼とろうとの界面張力を下げる効果がある。母材中のＳｉ含有量を本発明で規定する含有量とすることにより、ステンレス鋼とろうとの界面張力を下げ、ろうの拡がり性を向上するという効果を得ることもできる。

本発明は、以上の検討を考慮してなされた熱交換器部材用オーステナイト系ステンレス鋼を提供するものであり、その要旨とするところは、特許請求の範囲に記載した通りの内容である。

以下、熱交換器部材用オーステナイト系ステンレス鋼の各組成を限定した理由について説明する。なお、以下の説明では、特に断らない限り、各成分の％は、質量％を表すものとする。

（Ｃ：０．００５〜０．２％）
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：１．５超え〜４．０％）
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：０．２〜４．０％）
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：１６〜３０％）
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：８〜３４％）
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：０．００５〜０．４％）
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。

さらに必要に応じて、以下に示す成分を選択的に含有させても良い。

（Ｍｏ：０．１〜４％）
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：０．１〜４％）
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：０．０５〜０．５％）
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：０．０１〜０．５％）
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：０．１〜３％）
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：０．０１〜１％）
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：０．００１〜０．０３％）
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：０．００１〜０．１％）
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：０．０００２〜０．００５％）
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：０．０００２〜０．００５％）
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：０．００５〜０．１％）
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：０．００１〜０．０１％）
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：０．０００２〜０．００５％）
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。

なお、不可避不純物のうち、Ｐについては、溶接性の観点から０．０５％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．０４％以下である。また、Ｓについては、耐食性の観点から０．０２％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．０１％以下である。

以上説明した各元素の他にも、本発明の効果を損なわない範囲で含有させることができる。一般的な不純物元素である前述のＰ、Ｓを始め、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｈ、Ｇａ、Ｔａ、Ｚｒ、等は可能な限り低減することが好ましい。一方、これらの元素は、本発明の課題を解決する限度において、その含有割合が制御され、必要に応じて、Ｚｎ≦１００ｐｐｍ、Ｐｂ≦１００ｐｐｍ、Ｓｅ≦１００ｐｐｍ、Ｓｎ≦５００ｐｐｍ、Ｓｂ≦５００ｐｐｍ、Ｈ≦１００ｐｐｍ、Ｇａ≦５００ｐｐｍ、Ｔａ≦５００ｐｐｍ、Ｚｒ≦１２０ｐｐｍの１種以上を含有する。

以上、本発明で規定する成分を含有するオーステナイト系ステンレス鋼であれば、当該ステンレス鋼を対象として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。そしてその結果、Ｎｉろう付け部として高い靱性のろう付け部とすることができ、また、ろうの拡がり性も向上するので、熱交換器部材用オーステナイト系ステンレス鋼として好適に用いることができる。

また、Ｎｉろう付け部を有する本発明の熱交換器部材用オーステナイト系ステンレス鋼において、ステンレス鋼に隣接するＮｉろう付け部のＮｉリッチ相率を４０％以上とすることにより、Ｎｉろう付け部として高い靱性のろう付け部とすることができ、また、ろうの拡がり性も向上するので、熱交換器部材用オーステナイト系ステンレス鋼として好適に用いることができる。本発明のステンレス鋼を対象として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℃／分以下とすることにより、上記Ｎｉろう付け部とすることができる。

上記本発明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は、ろう付け部の靱性に優れ、ろう拡がり性に優れた部材とすることができる。

本発明のオーステナイト系ステンレス鋼は、基本的にはステンレス鋼を製造する一般的な工程をとって製造される。例えば、電気炉で上記の化学組成を有する溶鋼とし、ＡＯＤ炉やＶＯＤ炉などで精練して、連続鋳造法又は造塊法で鋼片とした後、熱間圧延−熱延板焼鈍−酸洗−冷間圧延−仕上げ焼鈍−酸洗の工程を経て製造される。必要に応じて、熱延板の焼鈍を省略してもよいし、冷間圧延−仕上げ焼鈍−酸洗を繰り返し行ってもよい。

このような工程を経て製造されたオーステナイト系ステンレス鋼は、プレートやフィンなど熱交換器に使用される部材に成形された後、Ｎｉろうを用いて接合される。Ｎｉろうには、ＪＩＳＺ３２６５で規定されるろう材以外に、Ｎｉ−２９Ｃｒ−４Ｓｉ−６Ｐからなるろう材もある。雰囲気としては真空中もしくは水素中が一般的で、１０５０℃から１２００℃の範囲でろう付けされる場合が多い。初晶のＮｉリッチ相を増加させるには、ろう付け温度から９００℃程度までの冷却速度をできるだけ遅くすることが望ましい。２０℃／分以下とするのが望ましい。より望ましくは１５℃／分以下、さらに望ましくは１０℃／分以下である。

以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。

表１に示す化学組成を有する溶鋼を３０ｋｇ真空溶解炉にて溶製して１７ｋｇ扁平鋼塊を作製後、加熱温度１２００℃にて厚さ４．５ｍｍまで熱延した。１０５０℃にて熱延板焼鈍を行った後、アルミナショットによりスケールを除去して板厚１ｍｍまで冷延した。その後、１０８０℃にて仕上焼鈍を行い、ろう拡がり性評価、ろう付け部の断面観察および耐食性評価を行った。

［ろう拡がり性］
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

［ろう付け部の断面観察および耐食性評価］
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。

また、熱処理終了後のろう付け品を用いて凝縮水耐食性を評価した。溶液組成は熱交換器を通過する排ガスの凝縮水を模擬して、ｐＨ４の１００ｐｐｍＣｌ＋１０００ｐｐｍＳＯ₄＋１０００ｐｐｍＳＯ₃とした。幅１５ｍｍ、長さ３０ｍｍの小板２側を上にして複合サイクル試験機内に設置して、３５℃での溶液噴霧を３０分、６０℃での乾燥を３０分を１サイクルとしたサイクルを５００サイクル実施した。試験終了後、断面観察によりろう付け部における腐食の有無を観察した。

表２に、試験結果を示す。ここで、ろう拡がり係数はＮ数３の平均で示し、発明例４〜１３については、試験片中央部から端部までろうが拡がったため、ろう拡がり係数を不等号で示した。

ろう拡がり係数において２０以上を良好であるとすると、発明例１〜１３はろう拡がり性に優れる。特に１．９％以上のＳｉを含有する発明例４〜１２は、試験片中央部から端部までろうが拡がり、特にろう拡がり性に優れる。また、発明例１〜１２は、Ｎｉリッチ相率が４０％以上と本発明範囲にあり、ろう部にボイドや割れが認められないと共に、腐食も認められなかった。一方、Ｓｉ量が本発明範囲外である比較例１およびＳＵＳ３０４に相当する比較例２は、ろう拡がり係数が低くろう拡がり性に劣ると共に、Ｎｉリッチ相率が本発明範囲外でありろう部にボイドや割れが認められた。また、ろう付けされた母材部に腐食が認められた。

参考例１は、化学組成は本発明範囲内にあるが、１１３０℃から９００℃までの冷却速度が本発明で規定する評価条件から外れるため、Ｎｉリッチ相率が不足し、ろう部にボイドや割れが認められると共に、ろう付けされた母材部に腐食が認められた。ろう部のボイドや割れから凝縮水が侵入して母材部を腐食させたと考えられる。

本発明の熱交換器部材用オーステナイト系ステンレス鋼は、自動車部品のＥＧＲクーラや排熱回収器、潜熱回収型給湯器の二次熱交換器やエコキュート（登録商標）のプレート型熱交換器などＮｉろう付け接合で組み立てられる熱交換器の素材として好適である。

１大板
２小板
３ステンレス箔
４すきま
５Ｎｉろう
６ろう拡がり部

Claims

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、
Ｎｉろう付け部を有し、ステンレス鋼に隣接する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を用いたＮｉろう付け接合熱交換器部材。
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。
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又は請求項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を用いたＮｉろう付け接合熱交換器部材。