JP7077033B2 - Manufacturing method of the joint - Google Patents
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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。 The present invention relates to an austenitic stainless steel sheet suitable for diffusion bonding and the like.
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。 The method of diffusing and joining stainless steel materials is used in various applications such as heat exchangers, mechanical parts, fuel cell parts, home appliance parts, plant parts, decorative components, and building materials. Diffusion joining includes an insert material insertion method and a direct method. The insert material insertion method is a method in which an insert material made of a different metal material that is familiar with the stainless steel material to be joined is inserted into the joining interface, and both stainless steel materials are joined by solid phase diffusion or liquid phase diffusion. In the insert material insertion method, there are likely to be problems such as an increase in cost due to the use of the insert material and a decrease in corrosion resistance due to the presence of dissimilar metals at the joints.
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。
The direct method is a method in which the surfaces of both stainless steel materials are brought into direct contact with each other without using an insert material and joined by solid phase diffusion. For example,
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。
By the way, among stainless steel materials, there is austenitic stainless steel having excellent corrosion resistance and heat resistance. The technique of
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。 In addition, since austenitic stainless steel has a slow progress of atomic diffusion, diffusion bonding is unlikely to occur. Therefore, it is necessary to increase the surface pressure applied at the time of diffusion bonding. However, if the surface pressure is increased, there is a problem that the austenitic stainless steel sheet is greatly deformed.
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。 One aspect of the present invention is to realize a set of austenitic stainless steel sheets capable of performing diffusion bonding while suppressing deformation of the steel sheet.
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。 In order to solve the above problems, the set of austenite-based stainless steel sheets according to the first aspect of the present invention is a set of austenite-based stainless steel sheets including a plurality of austenite-based stainless steel sheets used for diffusion bonding, and is described above. As a steel plate, a first steel plate in which a flow path is formed, a second steel plate, and a third steel plate in which a flow path intersecting the flow path when viewed from a direction perpendicular to the joint surface is formed. The third steel sheet is a steel sheet that is diffusion-bonded to the second steel sheet by applying a surface pressure of 2.5 to 9.0 MPa after the first steel sheet and the second steel sheet are diffusion-bonded. The second steel sheet so that the amount of deflection of the second steel sheet when a surface pressure of 0.5 to 3.5 MPa is applied during diffusion bonding between the first steel sheet and the second steel sheet is within the range of 30 μm or less. The plate thickness is set in the range of 0.3 to 0.7 mm.
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。 According to the above configuration, the thickness of the second steel sheet is set to 0.3 to 0.7 mm so that the amount of deflection of the steel sheet after applying a surface pressure of 0.5 to 3.5 MPa is 30 μm or less. be able to. As a result, the second steel sheet and the third steel sheet can be joined by applying a surface pressure of 2.5 to 9.0 MPa in the subsequent diffusion joining. Further, when a surface pressure of 2.5 to 9.0 MPa is applied, the third steel sheet is not significantly deformed (buckling does not occur). That is, diffusion bonding can be performed while suppressing deformation of the third steel sheet.
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。 In the set of austenite-based stainless steel sheets according to the second aspect of the present invention, the steel sheets are Cr: 16.0% by mass to 20.0% by mass, Ni: 8.0% by mass to 15.0% by mass, Si. : 0.001% by mass to 1.0% by mass, C: 0.08% by mass or less may be included.
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。 In the austenite-based stainless steel plate according to the third aspect of the present invention, the steel plate is Cr: 16.0% by mass to 18.0% by mass, Ni: 10.0% by mass to 15.0% by mass, Si: 0. The configuration may include 001% by mass to 1.0% by mass, Mo: 2.0% by mass to 3.0% by mass, and C: 0.08% by mass or less.
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。 In the austenite-based stainless steel plate according to the fourth aspect of the present invention, the steel plate is Cr: 16.0% by mass to 18.0% by mass, Ni: 12.0% by mass to 15.0% by mass, Si: 0. The configuration may include 001% by mass to 1.0% by mass, Mo: 2.0% by mass to 3.0% by mass, and C: 0.030% by mass or less.
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。 The method for producing a bonded body according to the fifth aspect of the present invention is Cr: 16.0% by mass to 20.0% by mass, Ni: 8.0% by mass to 15.0% by mass, Si: 0.001% by mass. A bonded body produced by diffusion-bonding a set of austenite-based stainless steel sheets containing% to 1.0% by mass, Mo: 0.0% by mass to 3.0% by mass, and C: 0.08% by mass or less. The first steel sheet as the steel sheet in which a flow path is formed by applying a surface pressure of 0.5 to 3.5 MPa, and the steel sheet having a thickness of 0.3 to 0.7 mm. The first diffusion joining step of diffusion joining the second steel sheet as a steel sheet, the second steel sheet after the first diffusion joining step, and the first steel sheet as the steel sheet different from the first steel sheet and the second steel sheet. 3 A second diffusion joining step of diffusion joining a steel sheet having a flow path intersecting the flow path when viewed from a direction perpendicular to the joint surface at 2.5 to 9.0 MPa. include.
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。 In the sixth aspect of the present invention, the bonded body is a bonded body composed of the set of austenitic stainless steel plates according to any one of the first to fourth aspects.
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。 According to one aspect of the present invention, diffusion bonding can be performed while suppressing deformation of the steel sheet.
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。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail. In addition, "A to B" in this specification means "A or more, B or less", for example, if it is described as "1% to 5%" or "1 to 5%" in the specification. Indicates "1% or more and 5% or less". Further, the various physical properties mentioned in the present specification mean values measured by the method described in Examples described later, unless otherwise specified. Further, in the present specification, unless otherwise specified, "%" used in indicating the composition means "mass%".
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。 In the present embodiment, a method of laminating a plurality of plate materials composed of a set of austenitic stainless steel sheets according to one aspect of the present invention and diffusing and joining the plate materials to manufacture a heat exchanger as a bonded body will be described. However, the set of austenitic stainless steel sheets of the present invention can be used for manufacturing products (bonds) other than heat exchangers.
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。
FIG. 1 is a diagram for explaining diffusion bonding (first diffusion bonding or second diffusion bonding described later) in the manufacture of the heat exchanger 10 (see FIG. 2) in the present embodiment. As shown in FIG. 1, diffusion bonding in the manufacture of the
(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。
(Component composition of austenitic stainless steel sheet)
The austenitic stainless steel sheet of one aspect of the present invention used as the plate material has the following components.
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。 Cr is a main component of a stainless steel sheet, which is important for ensuring corrosion resistance. Increasing the proportion of Cr oxide in the oxide film is also effective in reducing the proportion of Si oxide, Ti oxide, Al oxide and the like that are difficult to reduce. The Cr content of the austenitic stainless steel sheet in this embodiment is 16.0% by mass to 20.0% by mass.
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。 Ni is an effective element for obtaining an austenite single-phase structure. The Ni content of the austenitic stainless steel sheet in this embodiment is 8.0% by mass to 15.0% by mass.
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。 Si is added to austenitic stainless steel sheets for deoxidizing agents and other purposes. The Si content of the austenitic stainless steel sheet in this embodiment is 0.001% by mass to 1.0% by mass.
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。 Mo is a component for improving corrosion resistance to seawater and various media. The Mo content of the austenitic stainless steel sheet in the present embodiment is preferably 2.0% by mass to 3.0% by mass. However, it does not necessarily have to contain Mo.
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。 C is an element that combines with Cr to precipitate chromium carbides and causes intergranular corrosion. Therefore, the content of C should be low. The C content of the austenitic stainless steel sheet in this embodiment is 0.08% by mass or less. In order to improve the intergranular corrosion resistance of the stainless steel sheet, the C content is preferably 0.03% by mass or less.
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。 Regarding other component elements, it is not necessary to be particular about it from the viewpoint of diffusion bondability, and various component compositions can be adopted depending on the application.
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。 The following can be exemplified as a specific composition range of the austenitic stainless steel sheet according to one aspect of the present invention. By mass%, Cr: 16.0% to 18.0%, Ni: 10.0% to 15.0%, Si: 0.001% to 1.0%, N: 0.005% to 0.50 %, Mn: 0.05% to 2.0%, P: 0.001% to 0.045%, S: 0.0005% to 0.030%, V: 0% to 0.15%, Cu: 0% to 4.0%, W: 0% to 4.0%, Mo: 0% to 3.0%, Nb: 0% to 1.0%, B: 0% to 0.010%, balance Fe And unavoidable impurities.
(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。
(Structure of heat exchanger)
FIG. 2 is a front view showing the structure of the
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。
FIG. 3A is a top view showing the configuration of the
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。
As shown in FIG. 3B, the
(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。
(Manufacturing method of heat exchanger)
The method for manufacturing the
<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。
<First diffusion joining process>
In the first diffusion joining step, the hot press device H was used to stack the first
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。
As the
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。
The
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。
The pressurizing
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。
A plurality of plate materials (that is, a
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δ2およびたわみ量δ1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δ1およびたわみ量δ2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δ1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。
FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional shape of a first
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δ1が大きくなりすぎるため不適である。当該たわみ量δ1の詳細については後述する。
In the first diffusion joining step, a surface pressure of 0.5 to 3.5 MPa is applied to the
<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。
<Second diffusion joining process>
In the second diffusion joining step, the first
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。
As described above, after the first diffusion joining step, the
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δ1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。
Therefore, the
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。
Further, the
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。
It should be noted that the above-mentioned intersection can be said to be a place where the flow path of the
(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。
(Modification example)
Next, a modified example of the manufacturing method of the
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。
In the second diffusion joining step in this modification, a laminated body in which the
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。
The third diffusion joining step is a step of diffusion joining the first laminated body joined in the first diffusion joining step and the third laminated body joined in the second diffusion joining step. Specifically, in the third diffusion joining step, a pressure at a pressure at which buckling does not occur (specifically, 2.5 to 9.0 MPa) is applied to the
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δ1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。
Also in this modification, the plate thickness t of the
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。
Further, also in this modification, the
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。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and the embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.
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。 Hereinafter, examples of the present invention will be described. The present invention is not limited to the following examples, and can be modified as appropriate.
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。
A steel plate as a test material used in this example was produced as follows. Cr: 16.70%, Ni: 10.10%, Si: 0.60%, N: 0.018%, Mn: 1.00%, Mo: 2.04%, P: 0.020%, S A steel material consisting of: 0.001%, Cu: 0.30%, Al: 0.022%, C: 0.020%, balance Fe and unavoidable impurities was melted by 30 kg of vacuum melting to obtain it. The ingot was forged into a plate with a thickness of 30 mm. Next, hot rolling at 1200 ° C. was performed to obtain a hot-rolled plate having a thickness of 6 mm, and then soaking-annealing was performed at 1100 ° C. for 60 seconds to obtain a hot-rolled annealed plate. After cold rolling the hot-rolled annealed plate to a thickness of 3.0 mm, final annealing at 1100 ° C. for 30 seconds is performed to make the final
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。
Using the above test material, the first steel plate in which the flow path (flow
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。
In this embodiment, first, one second steel plate, three first steel plates, and one second steel plate are laminated in this order, and then diffusion-bonded. Hereinafter, this step will be referred to as a first diffusion joining step. The first diffusion joining step was performed under the following conditions.
Initial degree of vacuum: 10 -2 Pa
Bonding temperature: 1100 ° C
Temperature rise time from room temperature to joining temperature: Approximately 2 hours
Soaking time: 2h
Average cooling rate from joining temperature to 400 ° C: 3.2 ° C / min Applied surface pressure: 0.5 to 5 MPa.
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。
Next, the quality of the joining of the joined bodies joined in the first diffusion joining step was confirmed. The quality of the bonding was determined by putting a bonding body filled with 0.5 MPa of nitrogen gas into water in the flow path and determining whether bubbles were generated from the holes formed in the
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。 Next, the joined body joined in the first diffusion joining step, three third steel plates and one second steel plate were laminated in this order, and then diffusion-bonded. Hereinafter, this step will be referred to as a second diffusion joining step.
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。
The conditions of the second diffusion joining step are almost the same as the conditions of the first diffusion joining. However, the applied surface pressure was 0.5 to 10 MPa. The experimental conditions and experimental results are shown in FIG. The amount of deflection shown in FIG. 5 was measured using a high-speed three-dimensional shape measuring system manufactured by Komusu Co., Ltd., which is a laser displacement meter. Regarding the quality of the joining in the second diffusion joining step, whether the joining body filled with 0.5 MPa of nitrogen gas is put into water and bubbles are generated from the holes formed in the
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。 As shown in FIG. 5, in Examples 1 to 7, a surface pressure of 0.5 to 3.5 MPa was applied to the second steel sheet having a plate thickness of 0.3 to 0.6 mm. As a result, the amount of deflection due to the first diffusion joining step was 30 μm or less. As a result, when a surface pressure of 3 to 9 MPa was applied in the second diffusion joining step, the second steel plate and the third steel plate were well joined and buckling did not occur. The length of the joined body obtained by joining the first steel plate, the second steel plate, and the third steel plate in the plate thickness direction is (thickness of the first steel plate, the second steel plate, and the third steel plate) × 3 × 0.95. It was determined that buckling did not occur when the amount was large, and it was determined that buckling occurred when (thickness of the first steel plate, the second steel plate, and the third steel plate) × 3 × 0.95 or less.
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。 On the other hand, in Comparative Example 1, the amount of deflection of the second steel sheet was 20 μm, but the surface pressure in the second diffusion joining step was as small as 0.5 MPa, so that the second steel sheet and the third steel sheet were joined. There wasn't. Further, in Comparative Example 2, since the plate thickness of the second steel plate was 0.2 mm, the amount of deflection of the second steel plate in the first diffusion joining step was as large as 35 μm. Therefore, in the second diffusion joining step, the second steel plate and the third steel plate were not diffusion-bonded. Further, in Comparative Example 3, the third steel plate was deformed because a large surface pressure of 10 MPa was applied in the second diffusion joining step. Further, in Comparative Example 4 and Comparative Example 5, since the surface pressure in the first diffusion bonding was large, the amount of deflection of the second steel sheet was as large as 75 μm and 50 μm, respectively. Therefore, the second steel sheet and the third steel sheet did not join when a surface pressure of 5 MPa was applied in the second diffusion joining step.
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)
14 Channel plate (austenitic stainless steel plate, first steel plate)
15 Partition plate (austenitic stainless steel plate, second steel plate)
16 Channel plate (austenitic stainless steel plate, third steel plate)
10 Heat exchanger (joint)
Claims (3)
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み、
前記第2鋼板は、前記第1鋼板に形成されている前記流路と前記第3鋼板に形成されている前記流路とを仕切る仕切り板であることを特徴とする接合体の製造方法。 Cr: 16.0% by mass to 20.0% by mass, Ni: 8.0% by mass to 15.0% by mass, Si: 0.001% by mass to 1.0% by mass, Mo: 0.0% by mass to A method for producing a bonded body, which is produced by diffusion-bonding a set of austenite-based stainless steel plates containing 3.0% by mass and C: 0.08% by mass or less.
A first steel sheet as the steel sheet in which a flow path is formed by applying a surface pressure of 0.5 to 3.5 MPa, and a second steel sheet as the steel sheet having a thickness of 0.3 to 0.7 mm. The first diffusion bonding step of diffusion bonding and
The second steel plate after the first diffusion joining step, and the third steel plate as the steel plate different from the first steel plate and the second steel plate, and the flow when viewed from a direction perpendicular to the joining surface. It includes a second diffusion joining step of diffusion joining a steel sheet having a flow path intersecting the road at 2.5 to 9.0 MPa.
A method for manufacturing a bonded body , wherein the second steel plate is a partition plate that partitions the flow path formed in the first steel plate and the flow path formed in the third steel plate .
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