JP7548193B2 - Ferritic Stainless Steel - Google Patents
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Description
本発明は、フェライト系ステンレス鋼に関し、特に、Ｎｉろう材を用いた高温でのろう付けを行う場合に優れたろう付け性を有するとともに、ろう付け部の強度に優れ、優れた耐食性を有するフェライト系ステンレス鋼に関するものである。 The present invention relates to ferritic stainless steel, and in particular to a ferritic stainless steel that has excellent brazing properties when brazing at high temperatures using Ni brazing material, and also has excellent strength at the brazed part and excellent corrosion resistance.
近年、地球環境保護の立場から、自動車に対して燃費のさらなる向上や排気ガス浄化の強化が求められている。このため、排熱回収器やＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）クーラー等の自動車用熱交換器の適用が拡大しつつある。 In recent years, from the standpoint of protecting the global environment, there has been a demand for further improvements in fuel efficiency and enhanced exhaust gas purification for automobiles. For this reason, the application of automotive heat exchangers such as exhaust heat recovery devices and EGR (Exhaust Gas Recirculation) coolers is expanding.
ここで、排熱回収器とは、排気ガスの熱でエンジンの冷却水を温めてエンジン始動時の暖機時間を短くしたりすることで、燃費を向上させる装置である。一般的に、排熱回収器は、触媒コンバーターとマフラーとの間に設置され、パイプ、プレート、フィン、サイドプレート等を組み合わせた熱交換器部分と、入側・出側パイプ部分とで構成される。そして、排気ガスは、入側パイプから熱交換器部分に入り、そこで、その熱をフィンなどの伝熱面を介して冷却水へ伝え、出側パイプから排出される。また、このような排熱回収器の熱交換器部分を構成するプレートやフィンの接着、組み立てには、Ｎｉろう材によるろう付けが主に用いられる。 Here, an exhaust heat recovery device is a device that improves fuel efficiency by using the heat of exhaust gas to warm the engine's cooling water and shorten the warm-up time when the engine is started. In general, an exhaust heat recovery device is installed between the catalytic converter and the muffler, and is composed of a heat exchanger section that combines pipes, plates, fins, side plates, etc., and inlet and outlet pipe sections. Exhaust gas enters the heat exchanger section from the inlet pipe, where its heat is transferred to the cooling water via heat transfer surfaces such as fins, and is discharged from the outlet pipe. Furthermore, brazing with Ni brazing material is mainly used to bond and assemble the plates and fins that make up the heat exchanger section of such an exhaust heat recovery device.
また、ＥＧＲクーラーは、酸素濃度が低い排気ガスをエンジンの吸気側に還流して燃料の燃焼温度を低下させることで高温にて生成しやすい窒素酸化物（ＮＯＸ）を抑制するための装置である。高温の排気ガスがそのままエンジンに還流されると燃料が適切でないタイミングで燃焼するため、ノッキングと呼ばれる異常な振動が発生する。このため、ＥＧＲクーラーは、エキゾーストマニホールドなどから一部の排気ガスを取り入れるパイプと、取り入れた排気ガスを冷却する熱交換器と、冷却した排気ガスをエンジンの吸気側に戻すパイプとで構成される。また、ＥＧＲクーラーの熱交換器部分は、軽量化、コンパクト化、コスト低減などの理由から、薄い板をフィン状に重ね合わせて構成されており、これらの接合、組み立てには、やはりＮｉろう材によるろう付けが主に用いられる。 The EGR cooler is a device that recirculates exhaust gas with a low oxygen concentration to the intake side of the engine to lower the combustion temperature of the fuel and suppress nitrogen oxides ( NOx ), which are easily generated at high temperatures. If high-temperature exhaust gas is recirculated to the engine as is, the fuel will burn at an inappropriate timing, causing abnormal vibrations called knocking. For this reason, the EGR cooler is composed of a pipe that takes in some of the exhaust gas from the exhaust manifold, a heat exchanger that cools the exhaust gas that has been taken in, and a pipe that returns the cooled exhaust gas to the intake side of the engine. The heat exchanger part of the EGR cooler is composed of thin plates stacked in a fin shape for reasons such as weight reduction, compactness, and cost reduction, and brazing with Ni brazing material is mainly used for joining and assembling these.
このように、排熱回収器やＥＧＲクーラーの熱交換器部分は、Ｎｉろう材を用いたろう付けにより接着、組み立てされていることから、これらの熱交換器部分に用いられる素材には、Ｎｉろう材に対する優れたろう付け性が求められる。また、熱交換器には排ガスによる圧力や熱応力が加わるため、ろう付け部には優れた強度が必要である。さらに、排ガスには、ＮＯＸのほか硫黄酸化物（ＳＯＸ）、炭化水素（ＨＣ）が含まれるので、これらが熱交換器内部で結露して、腐食性の強い酸性の凝縮水となる。このため、これらの熱交換器部分に用いられる素材には、優れた耐食性も求められる。 In this way, the heat exchanger parts of the exhaust heat recovery device and the EGR cooler are bonded and assembled by brazing with Ni brazing material, so the materials used for these heat exchanger parts are required to have excellent brazing properties with Ni brazing material. In addition, the heat exchanger is subjected to pressure and thermal stress due to exhaust gas, so the brazing parts need to have excellent strength. Furthermore, exhaust gas contains sulfur oxides ( SOx ) and hydrocarbons (HC) in addition to NOx , so these condense inside the heat exchanger and become highly corrosive acidic condensed water. For this reason, the materials used for these heat exchanger parts are also required to have excellent corrosion resistance.
以上のようなことから、排熱回収器やＥＧＲクーラーの熱交換器部分には、通常、炭素含有量を低減して鋭敏化を防いだＳＵＳ３１６ＬあるいはＳＵＳ３０４Ｌなどのオーステナイト系ステンレス鋼が使用されてきた。しかし、オーステナイト系ステンレス鋼は、Ｎｉを多量に含有するために高コストになることや、熱膨張が大きいため高温で激しい振動で拘束力をうける使用環境での疲労特性、高温での熱疲労特性が低いという点に問題があった。 For these reasons, austenitic stainless steels such as SUS316L or SUS304L, which have a reduced carbon content to prevent sensitization, have usually been used for the heat exchanger parts of exhaust heat recovery devices and EGR coolers. However, austenitic stainless steels have problems with high costs due to their large Ni content, and poor fatigue properties in operating environments where they are subjected to restraining forces due to intense vibrations at high temperatures and poor thermal fatigue properties at high temperatures due to their large thermal expansion.
そこで、排熱回収器やＥＧＲクーラーの熱交換器部分にオーステナイト系ステンレス鋼以外の鋼を用いることが検討されている。
例えば、特許文献１には、排熱回収器やＥＧＲクーラー用材料として、ろう付け後にカチオン分率でＮｂを１６％以上含んだ酸化皮膜が生成することで耐食性を確保するフェライト系ステンレス鋼が開示されている。
特許文献２には、排熱回収器やＥＧＲクーラー用材料として、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ添加量を制御することで耐食性を確保するフェライト系ステンレス鋼が開示されている。
特許文献３には、熱交換器や燃料供給系部材用材料として、ろう付け後の酸化皮膜中のＣｒ、ＳｉおよびＡｌの含有量と酸化皮膜の膜厚を制御することで耐食性を確保するフェライト系ステンレス鋼が開示されている。
また、特許文献４には、ＥＧＲクーラー用材料として、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ等の成分を一定の関係式において添加し、かつＡｌ、Ｔｉ添加量を抑制することでろう付け性を確保するフェライト系ステンレス鋼が開示されている。
加えて、特許文献５には、Ｎｉろう付けにて接合した構造を有するＥＧＲクーラー部材として、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ添加量を抑制することでろう付け性を確保するフェライト系ステンレス鋼が開示されている。
さらに、特許文献６には、ろう付け用フェライト系ステンレス鋼材として、Ｔｉ、Ｚｒ添加量を抑制することでろう付け性を確保するフェライト系ステンレス鋼が開示されている。
Therefore, the use of steels other than austenitic stainless steels for the heat exchanger parts of exhaust heat recovery devices and EGR coolers has been considered.
For example, Patent Document 1 discloses a ferritic stainless steel as a material for exhaust heat recovery devices and EGR coolers, which ensures corrosion resistance by forming an oxide film containing 16% or more Nb in cationic fraction after brazing.
Patent Document 2 discloses a ferritic stainless steel as a material for exhaust heat recovery devices and EGR coolers, in which the amounts of Al, Ti, and Si added are controlled to ensure corrosion resistance.
Patent Document 3 discloses a ferritic stainless steel as a material for heat exchangers and fuel supply system components, in which corrosion resistance is ensured by controlling the Cr, Si, and Al contents in an oxide film after brazing and the thickness of the oxide film.
Furthermore, Patent Document 4 discloses a ferritic stainless steel as a material for EGR coolers, in which components such as Cr, Cu, Al, and Ti are added in a certain relational formula, and the amount of Al and Ti added is restricted to ensure brazeability.
In addition, Patent Document 5 discloses a ferritic stainless steel for an EGR cooler member having a structure joined by Ni brazing, in which brazeability is ensured by suppressing the amounts of Al, Ti, and Zr added.
Furthermore, Patent Document 6 discloses a ferritic stainless steel material for brazing in which brazeability is ensured by suppressing the amounts of Ti and Zr added.
しかしながら、特許文献１～６に記載の技術では、用いるろう材やろう付け条件等によっては、ろう付け性が不十分な場合もあった。特に、従来の技術では、前述したような、Ｎｉろう材を用いた高温でのろう付け性とろう付け部の強度を備えつつ耐食性を十分に確保できているとは言えなかった。 However, in the techniques described in Patent Documents 1 to 6, brazing properties were sometimes insufficient depending on the brazing material used and the brazing conditions. In particular, the conventional techniques could not be said to have been able to ensure sufficient corrosion resistance while providing brazing properties at high temperatures using Ni brazing material and strength of the brazed part, as described above.
本発明は、上記の現状に鑑み開発されたものであって、Ｎｉろう材を用いた高温でのろう付けを行う場合に優れたろう付け性を有し、Ｎｉろう材でろう付けしたろう付け部の強度に優れ、優れた耐食性を有するフェライト系ステンレス鋼を提供することを目的とする。 The present invention was developed in consideration of the above-mentioned current situation, and aims to provide a ferritic stainless steel that has excellent brazing properties when brazing at high temperatures using Ni brazing material, has excellent strength at the brazed part brazed with Ni brazing material, and has excellent corrosion resistance.
なお、本明細書において、優れたろう付け性とは、Ｎｉ－２９ｍａｓｓ％Ｃｒ－４ｍａｓｓ％Ｓｉ－６ｍａｓｓ％Ｐの組成を有するＮｉろう材が表面に塗布された鋼板を１０８０℃、１Ｔｏｒｒの窒素キャリアガス雰囲気で１０分間加熱し、常温まで冷却するろう付け処理後、加熱前のろう材の円相当直径に対する加熱後のろう材の円相当直径の比（ろう材の広がり率）が１５０％以上であることを指す。 In this specification, excellent brazing properties refer to a brazing process in which a steel plate coated with a Ni brazing filler metal having a composition of Ni-29 mass% Cr-4 mass% Si-6 mass% P is heated at 1080°C in a nitrogen carrier gas atmosphere of 1 Torr for 10 minutes and then cooled to room temperature, in which the ratio of the circular equivalent diameter of the brazing filler metal after heating to the circular equivalent diameter of the brazing filler metal before heating (spreadability of the brazing filler metal) is 150% or more.
また、ろう付け部の強度に優れるとは、ＪＩＳ Ｚ ３１９２：１９９９に準拠して、板厚１．０ｍｍの３号試験片（２枚１組）の重ねしろを５．０ｍｍとして重ね継手部を上記のＮｉろう材にてろう付けを行って作製し、ついで重ね継手部からはみ出た余分なろうを除去した後、ＪＩＳ Ｚ ２２４１：２０１１に準拠して試験速度を１０ｍｍ／ｍｉｎとして室温で引張試験を行ったときのろう付け部のせん断強度が１３０Ｎ／ｍｍ２以上であることを指す。 In addition, excellent strength of the brazed part refers to a shear strength of the brazed part being 130 N/mm2 or more when a lap joint is prepared by brazing No. 3 test pieces (a set of two pieces) having a plate thickness of 1.0 mm with the above-mentioned Ni brazing material in accordance with JIS Z 3192:1999 with an overlap of 5.0 mm , and then, after removing excess brazing material protruding from the lap joint, a tensile test is conducted at room temperature at a test speed of 10 mm/min in accordance with JIS Z 2241:2011.
さらに、優れた耐食性とは、上記のＮｉろう材によるろう付け処理後の鋼板を用いて、ろう材が付着していない部分から２０ｍｍ角の試験片を採取し、１１ｍｍ角の測定面を残してシール材で被覆し、さらにこの試験片を３０℃の３．５％ＮａＣｌ溶液中に浸漬させ、前記ＮａＣｌ溶液の濃度以外はＪＩＳ Ｇ ０５７７：２０１４に準拠して、測定した孔食電位Ｖｃ'１００が３００ｍＶ（ ｖｓ ＳＣＥ）以上であることを指す。 Furthermore, excellent corrosion resistance refers to a pitting potential Vc'100 of 300 mV (vs SCE) or more measured in accordance with JIS G 0577:2014 when a 20 mm square test piece is taken from a portion of the steel plate brazed with the above-mentioned Ni brazing material, covered with a sealant leaving an 11 mm square measurement surface, and then immersed in a 3.5% NaCl solution at 30°C. ...
本発明者らは、Ｎｉろう材を用いた高温でのろう付けを行う場合において、各種ステンレス鋼の成分元素とろう付け性との関係について、鋭意検討した。その結果、ステンレス鋼中のＡｌ含有量を抑制し、加えて、ステンレス鋼に、Ｎｉを適量含有させ、さらにＳｉとＭｎの含有量をＮｉ含有量に対して適切に抑制することで、Ｎｉろう材との濡れ性が向上することによりろう付け性が向上することを知見した。 The inventors have thoroughly investigated the relationship between the component elements of various stainless steels and their brazeability when brazing at high temperatures using Ni brazing filler metal. As a result, they have discovered that by suppressing the Al content in stainless steel, adding an appropriate amount of Ni to the stainless steel, and further appropriately suppressing the Si and Mn contents relative to the Ni content, the wettability with the Ni brazing filler metal is improved, thereby improving brazeability.
さらに、本発明者らは、上記の方法で種々のフェライト系ステンレス鋼のろう付け部の強度を評価したところ、ろう付け部で破断する場合でも、鋼種によってろう付け部の強度に差があることを見出し、フェライト系ステンレス鋼の成分元素とろう付け部のせん断強度との関係について鋭意検討した。その結果、Ｎｉを適量含有させ、さらにＡｌ、Ｓｉ、ＭｎおよびＣｒの含有量を適切に抑制することで、Ｎｉろう材でろう付けしたろう付け部の強度を向上できることを知見した。 Furthermore, the inventors evaluated the strength of the brazed parts of various ferritic stainless steels using the above method, and found that even in cases where the brazed part breaks, the strength of the brazed part differs depending on the type of steel. They then conducted extensive research into the relationship between the component elements of ferritic stainless steel and the shear strength of the brazed part. As a result, they discovered that the strength of the brazed part brazed with Ni brazing material can be improved by adding an appropriate amount of Ni and further appropriately suppressing the contents of Al, Si, Mn, and Cr.
本発明は、これらの知見に基づき、さらに検討を加えた末に完成されたものである。 The present invention was completed based on these findings and after further investigation.
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
［１］質量％で、
Ｃ：０．００３～０．０３０％、
Ｓｉ：０．０１～１．００％、
Ｍｎ：０．０５～０．３０％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ｃｒ：２２．０～２７．０％、
Ｎｉ：１．５０～２．５０％、
Ｍｏ：１．００～３．００％、
Ａｌ：０．００１～０．０２０％、
Ｎｂ：０．２０～０．８０％、
Ｎ：０．０３０％以下
を含有し、以下の式（１）、（２）を満たすとともに、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有するフェライト系ステンレス鋼。
Ｎｉ－２．２（Ｓｉ＋Ｍｎ）≧０．００％ ・・・（１）
３Ｎｉ－８Ａｌ－４Ｓｉ－２Ｍｎ－０．１Ｃｒ≧０．００％ ・・・（２）
（式（１）、（２）中のＮｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ａｌは、各元素の含有量（質量％）を示す。）
［２］さらに質量％で、
Ｃｕ：０．０１～１．００％、
Ｃｏ：０．０１～１．００％、
Ｗ：０．０１～２．００％
のうちから選んだ１種または２種以上を含有する［１］に記載のフェライト系ステンレス鋼。
［３］さらに質量％で、
Ｔｉ：０．０１～０．１０％、
Ｖ：０．０１～０．２０％、
Ｚｒ：０．０１～０．１０％、
Ｍｇ：０．０００５～０．００５０％、
Ｃａ：０．０００５～０．００５０％、
Ｂ：０．０００５～０．００５０％、
ＲＥＭ（希土類金属）：０．００１～０．１００％、
Ｓｎ：０．００１～０．１００％、
Ｓｂ：０．００１～０．１００％
のうちから選んだ１種または２種以上を含有する［１］または［２］に記載のフェライト系ステンレス鋼。
［４］少なくとも一か所以上の接合部がろう付けによって組み立てられた排熱回収器用または排気ガス再循環装置用である［１］～［３］の何れかに記載のフェライト系ステンレス鋼。
That is, the gist and configuration of the present invention are as follows.
[1] In mass%,
C: 0.003-0.030%,
Si: 0.01-1.00%,
Mn: 0.05-0.30%,
P: 0.050% or less,
S: 0.020% or less,
Cr: 22.0-27.0%,
Ni: 1.50-2.50%,
Mo: 1.00-3.00%,
Al: 0.001-0.020%,
Nb: 0.20-0.80%,
A ferritic stainless steel containing 0.030% or less N, satisfying the following formulas (1) and (2), with the balance being Fe and unavoidable impurities.
Ni-2.2 (Si+Mn)≧0.00%...(1)
3Ni-8Al-4Si-2Mn-0.1Cr≧0.00%...(2)
(Ni, Si, Mn, Cr, and Al in formulas (1) and (2) indicate the content (mass%) of each element.)
[2] Further, in mass%,
Cu: 0.01-1.00%,
Co: 0.01 to 1.00%,
W: 0.01~2.00%
The ferritic stainless steel according to [1], containing one or more selected from the following:
[3] Further, in mass%,
Ti: 0.01 to 0.10%,
V: 0.01-0.20%,
Zr: 0.01 to 0.10%,
Mg: 0.0005-0.0050%,
Ca: 0.0005-0.0050%,
B: 0.0005-0.0050%,
REM (rare earth metal): 0.001-0.100%,
Sn: 0.001 to 0.100%,
Sb: 0.001-0.100%
The ferritic stainless steel according to [1] or [2], containing one or more selected from the following:
[4] The ferritic stainless steel according to any one of [1] to [3], which is for an exhaust heat recovery device or an exhaust gas recirculation device, in which at least one joint is assembled by brazing.
本発明によれば、Ｎｉろう材を用いた高温でのろう付けを行う場合に優れたろう付け性を有し、Ｎｉろう材でろう付けしたろう付け部の強度に優れ、優れた耐食性を有するフェライト系ステンレス鋼を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a ferritic stainless steel that has excellent brazing properties when brazing at high temperatures using Ni brazing material, has excellent strength at the brazed part brazed with Ni brazing material, and has excellent corrosion resistance.
以下、本発明を具体的に説明する。 The present invention will be described in detail below.
まず、本発明において、鋼の成分組成を前記の範囲に限定した理由について説明する。なお、鋼の成分組成における元素の含有量の単位はいずれも「質量％」であるが、以下、特に断らない限り単に「％」で示す。 First, we will explain the reason why the composition of the steel is limited to the above range in the present invention. Note that the unit of the content of elements in the composition of the steel is "mass %", but hereinafter, unless otherwise specified, it will be simply indicated as "%".
Ｃ：０．００３～０．０３０％
Ｃ含有量が多くなると強度が向上し、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０．００３％以上の含有が必要である。しかし、Ｃ含有量が０．０３０％を超えると、加工性の低下が顕著となるうえ、粒界にＣｒ炭化物が析出して鋭敏化を起こして耐食性が低下する。そのため、Ｃ含有量は０．００３～０．０３０％の範囲とする。Ｃ含有量は、好ましくは０．００４％以上である。また、Ｃ含有量は、好ましくは０．０２５％以下であり、より好ましくは０．０２０％以下であり、さらに好ましくは０．０１０％以下である。
C: 0.003-0.030%
A high C content improves strength, while a low C content improves workability. Here, in order to obtain sufficient strength, the C content must be 0.003% or more. If the C content exceeds 0.030%, the workability is significantly reduced, and Cr carbides are precipitated at the grain boundaries, causing sensitization and reducing corrosion resistance. The C content is preferably 0.004% or more. The C content is preferably 0.025% or less, more preferably 0.020% or less, and further The content is preferably 0.010% or less.
Ｓｉ：０．０１～１．００％
Ｓｉは、脱酸材として有用な元素である。その効果は０．０１％以上のＳｉの含有で得られる。しかし、Ｓｉ含有量が１．００％を超えると、ろう付け熱処理時にＳｉを主体とした酸化物が鋼板表面に形成される。この酸化物は、ろう付け性を阻害するとともに、基材（鋼材）とＮｉろう材の密着性を低下させるためにろう付け部の強度が低下する。そのため、Ｓｉ含有量は０．０１～１．００％の範囲とする。Ｓｉ含有量は、好ましくは０．５０％以上であり、より好ましくは０．５５％以上であり、さらに好ましくは０．６０％以上である。また、Ｓｉ含有量は、好ましくは０．８０％以下であり、より好ましくは０．７０％以下である。
Si: 0.01~1.00%
Silicon is a useful element as a deoxidizer. This effect can be obtained with a silicon content of 0.01% or more. However, if the silicon content exceeds 1.00%, the silicon is mainly dissolved during brazing heat treatment. The oxides formed on the steel sheet surface are not only harmful to the brazing properties, but also reduce the adhesion between the base material (steel material) and the Ni brazing material, resulting in a decrease in the strength of the brazed portion. Therefore, the Si content is set to the range of 0.01 to 1.00%. The Si content is preferably 0.50% or more, more preferably 0.55% or more, and further preferably 0. The Si content is preferably 0.80% or less, and more preferably 0.70% or less.
Ｍｎ：０．０５～０．３０％
Ｍｎは脱酸作用があり、その効果は０．０５％以上のＭｎの含有で得られる。しかし、Ｍｎ含有量が０．３０％を超えると、ろう付け熱処理時にＭｎを主体とした酸化物が鋼板表面に形成される。この酸化物は、ろう付け性を阻害するとともに、基材（鋼材）とＮｉろう材の密着性を低下させるためにろう付け部の強度が低下する。そのため、Ｍｎ含有量は０．０５～０．３０％の範囲とする。Ｍｎ含有量は、好ましくは０．１０％以上である。また、Ｍｎ含有量は、好ましくは０．２０％以下であり、より好ましくは０．１５％以下である。
Mn: 0.05-0.30%
Mn has a deoxidizing effect, and this effect can be obtained when the Mn content is 0.05% or more. However, if the Mn content exceeds 0.30%, oxides mainly composed of Mn are formed during brazing heat treatment. This oxide is formed on the surface of the steel sheet. This oxide not only inhibits brazing, but also reduces the strength of the brazed part by reducing the adhesion between the base material (steel material) and the Ni brazing material. The amount of Mn is in the range of 0.05 to 0.30%. The Mn content is preferably 0.10% or more. The Mn content is preferably 0.20% or less, and more preferably 0.40% or less. It is less than 0.15%.
Ｐ：０．０５０％以下
Ｐは、鋼に不可避的に含まれる元素であり、過剰な含有は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。好ましくは、Ｐ含有量は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０．００５％以上が好ましい。
P: 0.050% or less P is an element that is inevitably contained in steel, and excessive content of P makes it easier for grain boundary corrosion 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. Preferably, the P content is 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 0.005% or more.
Ｓ：０．０２０％以下
Ｓは、鋼に不可避的に含まれる元素であり、０．０２０％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０．０２０％以下とする。好ましくは、Ｓ含有量は０．０１０％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０．０００５％以上が好ましい。
S: 0.020% or less S is an element that is inevitably contained in steel, and an S content of more than 0.020% promotes the precipitation of MnS and reduces corrosion resistance. Therefore, the S content is set to 0.020% or less. Preferably, the S content is 0.010% 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 0.0005% or more.
Ｃｒ：２２．０～２７．０％
Ｃｒは、ステンレス鋼の耐食性を確保するために重要な元素である。Ｃｒ含有量が２２．０％未満では、十分な耐食性が得られない。一方、Ｃｒ含有量が２７．０％を超えると、ろう付け熱処理時にＣｒを主体とした酸化物が鋼板表面に形成する。この酸化物はろう付け性への影響は小さいが、基材（鋼材）とＮｉろう材の密着性を低下させるためにろう付け部の強度が低下する。そのため、Ｃｒ含有量は２２．０～２７．０％の範囲とする。Ｃｒ含有量は、好ましくは２３．０％以上であり、より好ましくは２４．０％以上である。また、Ｃｒ含有量は、好ましくは２６．０％以下であり、より好ましくは２５．０％以下である。
Cr:22.0~27.0%
Cr is an important element for ensuring the corrosion resistance of stainless steel. If the Cr content is less than 22.0%, sufficient corrosion resistance cannot be obtained. On the other hand, if the Cr content exceeds 27.0%, During brazing heat treatment, oxides mainly composed of Cr are formed on the steel sheet surface. These oxides have little effect on brazing, but they reduce the adhesion between the base material (steel material) and the Ni brazing material. The strength of the brazed portion decreases. Therefore, the Cr content is set to the range of 22.0 to 27.0%. The Cr content is preferably 23.0% or more, and more preferably 24.0%. The Cr content is preferably 26.0% or less, and more preferably 25.0% or less.
Ｎｉ：１．５０～２．５０％
Ｎｉは、理由は明確ではないが１．５０％以上の含有でろう付け性とろう付け部の強度の向上に有効に寄与する元素である。一方、Ｎｉ含有量が２．５０％を超えると、応力腐食割れ感受性が高くなる。そのため、Ｎｉ含有量は１．５０～２．５０％の範囲とする。Ｎｉ含有量は、好ましくは１．７０％以上であり、より好ましくは１．８０％以上である。また、Ｎｉ含有量は、好ましくは２．３０％以下であり、より好ましくは２．２０％以下である。
Ni: 1.50-2.50%
Although the reason is unclear, Ni is an element that effectively contributes to improving brazability and strength of the brazed part when the Ni content is 1.50% or more. On the other hand, when the Ni content exceeds 2.50%, Therefore, the Ni content is set to the range of 1.50 to 2.50%. The Ni content is preferably 1.70% or more, and more preferably 1.80%. The Ni content is preferably 2.30% or less, and more preferably 2.20% or less.
Ｍｏ：１．００～３．００％
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。また、Laves相の析出により強度の向上に寄与する。この効果はＭｏ含有量が１．００％以上で得られる。しかし、Ｍｏ含有量が３．００％を超えると、Laves相の析出が過剰となり加工性が低下する。よって、Ｍｏ含有量は、１．００～３．００％の範囲とする。Ｍｏ含有量は、好ましくは１．２５％以上であり、より好ましくは１．５０％以上である。また、Ｍｏ含有量は、好ましくは２．５０％以下であり、より好ましくは２．００％以下である。
Mo: 1.00-3.00%
Mo stabilizes the passivation film of stainless steel to improve corrosion resistance. It also contributes to improving strength by precipitating the Laves phase. This effect can be obtained when the Mo content is 1.00% or more. However, if the Mo content exceeds 3.00%, the precipitation of the Laves phase becomes excessive and the workability deteriorates. Therefore, the Mo content is set in the range of 1.00 to 3.00%. Mo content The Mo content is preferably 1.25% or more, and more preferably 1.50% or more. The Mo content is preferably 2.50% or less, and more preferably 2.00% or less. .
Ａｌ：０．００１～０．０２０％
Ａｌは脱酸に有用な元素であり、その効果は０．００１％以上のＡｌの含有で得られる。しかし、Ａｌは酸素に対して活性な元素であり、Ａｌ含有量が０．０２０％を超えると、ろう付け処理時にＡｌを主体とした酸化物が鋼の表面に生成する。この酸化物は、ろう付け性およびろう付け部の強度の両方を著しく低下させる。そのため、Ａｌ含有量は０．００１～０．０２０％の範囲とする。好ましくは、Ａｌ含有量は０．０１５％以下である。
Al: 0.001-0.020%
Al is a useful element for deoxidization, and this effect can be obtained with an Al content of 0.001% or more. However, Al is an element active against oxygen, and the Al content is 0.020% or less. If the Al content exceeds 0, oxides mainly composed of Al are formed on the surface of the steel during brazing. These oxides significantly reduce both the brazability and the strength of the brazed joint. The Al content is in the range of 0.001 to 0.020%. Preferably, the Al content is 0.015% or less.
Ｎｂ：０．２０～０．８０％
Ｎｂは、ＣおよびＮと結合することにより、ろう付け熱処理時のＣｒ炭窒化物の析出による耐食性の低下（鋭敏化）を抑制する元素である。また、Laves相の析出により強度の向上に寄与する。この効果は、Ｎｂ含有量が０．２０％以上で得られる。一方、Ｎｂ含有量が０．８０％を超えると、Laves相の析出が過剰となり加工性が低下する。そのため、Ｎｂ含有量は、０．２０～０．８０％の範囲とする。Ｎｂ含有量は、好ましくは０．２５％以上であり、より好ましくは０．３０％以上である。また、Ｎｂ含有量は、好ましくは０．６０％以下であり、より好ましくは０．４０％以下である。
Nb: 0.20-0.80%
Nb is an element that suppresses the decrease in corrosion resistance (sensitization) caused by the precipitation of Cr carbonitrides during brazing heat treatment by combining with C and N. It also contributes to improving strength by precipitation of Laves phase. This effect is obtained when the Nb content is 0.20% or more. On the other hand, when the Nb content exceeds 0.80%, the precipitation of the Laves phase becomes excessive and the workability is deteriorated. The Nb content is in the range of 0.20 to 0.80%. The Nb content is preferably 0.25% or more, and more preferably 0.30% or more. is 0.60% or less, and more preferably 0.40% or less.
Ｎ：０．０３０％以下
Ｎ含有量が０．０３０％を超えると、耐食性と加工性が低下する。従って、Ｎ含有量は０．０３０％以下とする。好ましくは、Ｎ含有量は０．０２５％以下である。さらに好ましくは、Ｎ含有量は０．０２０％以下である。なお、Ｎ含有量の下限については特に限定されるものではないが、過度のＮ含有量の低減はコストの増加を招くため、Ｎ含有量は０．００３％以上とすることが好ましい。
N: 0.030% or less If the N content exceeds 0.030%, the corrosion resistance and workability are reduced. Therefore, the N content is set to 0.030% or less. Preferably, the N content is set to 0.025% or less. More preferably, the N content is set to 0.020% or less. Although there is no particular restriction on the lower limit of the N content, excessive reduction in the N content leads to an increase in costs, so the N content is preferably set to 0.003% or more.
Ｎｉ－２．２（Ｓｉ＋Ｍｎ）≧０．００％ ・・・（１）
式（１）中のＮｉ、Ｓｉ、Ｍｎは、各元素の含有量（質量％）を示す。
本発明では、ろう付け性の向上のためにＮｉ、ＳｉおよびＭｎの夫々を所定の含有量にする。さらに本発明者らは、鋭意検討し、Ｎｉ－２．２（Ｓｉ＋Ｍｎ）が０．００％以上であると、所望のろう付け性が得られることを知見した。理由は明確ではないがＮｉはろう広がり性を向上させるが、その一方でＳｉおよびＭｎは基材の表面に酸化皮膜を形成してろう広がりを阻害するため、これらの元素のバランスがろう広がり性に及ぼす影響が大きいものと考えられる。そのため、本発明では、Ｎｉ、ＳｉおよびＭｎ含有量の夫々を前述した範囲とした上で、Ｎｉ－２．２（Ｓｉ＋Ｍｎ）を０．００％以上とする。Ｎｉ－２．２（Ｓｉ＋Ｍｎ）は、より好ましくは０．５０％以上である。
Ni-2.2 (Si+Mn)≧0.00%...(1)
In formula (1), Ni, Si, and Mn represent the contents (mass%) of each element.
In the present invention, in order to improve brazing properties, the Ni, Si and Mn contents are set to predetermined values. % or more, the desired brazing properties can be obtained. Although the reason is not clear, Ni improves the brazing spreadability, while Si and Mn form an oxide film on the surface of the base material. It is believed that the balance of these elements has a large effect on the brazing spreadability. Therefore, in the present invention, the Ni, Si and Mn contents are set within the above-mentioned ranges. In the above, Ni-2.2(Si+Mn) is set to 0.00% or more, and more preferably, Ni-2.2(Si+Mn) is set to 0.50% or more.
３Ｎｉ－８Ａｌ－４Ｓｉ－２Ｍｎ－０．１Ｃｒ≧０．００％ ・・・（２）
式（２）中のＮｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒは、各元素の含有量（質量％）を示す。
本発明では、ろう付け部の強度向上のためにＮｉ、Ａｌ、Ｓｉ、ＭｎおよびＣｒの夫々を所定の含有量にする。さらに本発明者らは、鋭意検討し、３Ｎｉ－８Ａｌ－４Ｓｉ－２Ｍｎ－０．１Ｃｒが０．００％以上であると、所望のろう付け部の強度が得られることを知見した。この理由として、Ｎｉはろう付け部の強度を改善するが、その一方でＡｌ、Ｓｉ、ＭｎおよびＣｒは基材（鋼材）の表面に酸化皮膜を形成して、Ｎｉろう材と基材の接合を阻害するため、これらの元素のバランスがろう付け部の強度に及ぼす影響が大きいものと考えられる。そのため、本発明では、Ｎｉ、Ａｌ、Ｓｉ、ＭｎおよびＣｒ含有量の夫々を前述した範囲とした上で、３Ｎｉ－８Ａｌ－４Ｓｉ－２Ｍｎ－０．１Ｃｒを０．００％以上とする。３Ｎｉ－８Ａｌ－４Ｓｉ－２Ｍｎ－０．１Ｃｒは、より好ましくは０．５０％以上である。
3Ni-8Al-4Si-2Mn-0.1Cr≧0.00%...(2)
In formula (2), Ni, Al, Si, Mn, and Cr represent the contents (mass%) of each element.
In the present invention, in order to improve the strength of the brazed portion, the respective contents of Ni, Al, Si, Mn and Cr are set to a predetermined value. It has been found that when the content of -0.1Cr is 0.00% or more, the desired strength of the brazed portion can be obtained. The reason for this is that Ni improves the strength of the brazed portion, but on the other hand, Al, Si, Mn, and Cr form an oxide film on the surface of the base material (steel material) and inhibit the bonding of the Ni brazing material to the base material, so the balance of these elements has a large effect on the strength of the brazed part. Therefore, in the present invention, the Ni, Al, Si, Mn and Cr contents are set within the above-mentioned ranges, and 3Ni-8Al-4Si-2Mn-0.1Cr is set to 0.00% or more. The content of 3Ni-8Al-4Si-2Mn-0.1Cr is more preferably 0.50% or more.
以上、本発明のフェライト系ステンレス鋼における基本成分（必須成分）について説明した。本発明における成分組成のうち、上記以外の成分（残部）はＦｅおよび不可避的不純物である。 The above describes the basic components (essential components) of the ferritic stainless steel of the present invention. The remaining components (remainder) of the composition of the present invention are Fe and unavoidable impurities.
本発明のフェライト系ステンレス鋼は、さらに、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｗのうちから選んだ１種または２種以上を、それぞれ下記の範囲で含有することができる。 The ferritic stainless steel of the present invention may further contain one or more elements selected from Cu, Co, and W, each in the ranges below.
Ｃｕ：０．０１～１．００％
Ｃｕは、耐食性を高める元素である。この効果は、Ｃｕ含有量が０．０１％以上で得られる。しかし、Ｃｕ含有量が１．００％を超えると、熱間加工性が低下する。そのため、Ｃｕを含有する場合は、Ｃｕ含有量は、０．０１～１．００％の範囲とする。Ｃｕを含有する場合、Ｃｕ含有量は、より好ましくは０．１０％以上である。また、Ｃｕを含有する場合、Ｃｕ含有量は、より好ましくは０．８０％以下であり、さらに好ましくは０．６０％以下である。
Cu: 0.01~1.00%
Cu is an element that enhances corrosion resistance. This effect is obtained when the Cu content is 0.01% or more. However, when the Cu content exceeds 1.00%, the hot workability is deteriorated. Therefore, When Cu is contained, the Cu content is in the range of 0.01 to 1.00%. When Cu is contained, the Cu content is more preferably 0.10% or more. When Cu is contained, the Cu content is more preferably 0.80% or less, and further preferably 0.60% or less.
Ｃｏ：０．０１～１．００％
Ｃｏは、耐食性を高める元素である。この効果は、Ｃｏ含有量が０．０１％以上で得られる。しかし、Ｃｏ含有量が１．００％を超えると、加工性が低下する。そのため、Ｃｏを含有する場合は、Ｃｏ含有量は０．０１～１．００％の範囲とする。Ｃｏを含有する場合、Ｃｏ含有量は、より好ましくは０．０５％以上である。また、Ｃｏを含有する場合、Ｃｏ含有量は、より好ましくは０．７０％以下である。
Co:0.01~1.00%
Co is an element that enhances corrosion resistance. This effect can be obtained when the Co content is 0.01% or more. However, when the Co content exceeds 1.00%, the workability is reduced. When Co is contained, the Co content is in the range of 0.01 to 1.00%. When Co is contained, the Co content is more preferably 0.05% or more. When Co is added, the Co content is more preferably 0.70% or less.
Ｗ：０．０１～２．００％
Ｗは、耐食性を高める元素である。この効果は、Ｗ含有量が０．０１％以上で得られる。しかし、Ｗ含有量が２．０％を超えると、Laves相が過剰に析出して加工性が低下する。そのため、Ｗを含有する場合は、Ｗ含有量は０．０１～２．００％の範囲とする。Ｗを含有する場合、Ｗ含有量は、より好ましくは０．０５％以上である。また、Ｗを含有する場合、Ｗ含有量は、より好ましくは１．００％以下である。
W: 0.01~2.00%
W is an element that enhances corrosion resistance. This effect can be obtained when the W content is 0.01% or more. However, when the W content exceeds 2.0%, the Laves phase precipitates excessively, which deteriorates the workability. Therefore, when W is contained, the W content is set to the range of 0.01 to 2.00%. When W is contained, the W content is more preferably set to 0.05% or more. In addition, in the case where W is contained, the W content is more preferably 1.00% or less.
本発明のフェライト系ステンレス鋼は、さらに、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂ、ＲＥＭ、Ｓｎ、Ｓｂのうちから選んだ１種または２種以上を、それぞれ下記の範囲で含有することができる。 The ferritic stainless steel of the present invention may further contain one or more elements selected from Ti, V, Zr, Mg, Ca, B, REM, Sn, and Sb, each in the ranges below.
Ｔｉ：０．０１～０．１０％
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を有する。その効果はＴｉの０．０１％以上の含有で得られる。一方、Ｔｉは酸素に対して活性な元素であり、０．１０％超えのＴｉの含有はろう付け処理時にＴｉを主体とした酸化物が鋼の表面に形成される。この酸化物は、ろう付け性およびろう付け部の強度の両方を著しく低下させる。よって、Ｔｉを含有する場合は、Ｔｉ含有量は０．０１～０．１０％の範囲とする。Ｔｉを含有する場合、Ｔｉ含有量は、より好ましくは０．０５％以下である。
Ti: 0.01~0.10%
Ti combines with C and N contained in steel and has the effect of preventing sensitization. This effect is obtained when the Ti content is 0.01% or more. On the other hand, Ti is active against oxygen. Ti is an element, and if the Ti content exceeds 0.10%, Ti-based oxides are formed on the surface of the steel during brazing. These oxides adversely affect both brazeability and the strength of the brazed joint. Therefore, when Ti is contained, the Ti content is set to the range of 0.01 to 0.10%. When Ti is contained, the Ti content is more preferably set to 0.05% or less. It is.
Ｖ：０．０１～０．２０％
Ｖは、Ｔｉ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。これらの効果は、Ｖ含有量が０．０１％以上で得られる。一方、Ｖ含有量が０．２０％を超えると、加工性が低下する。そのため、Ｖを含有する場合は、Ｖ含有量は０．０１～０．２０％の範囲とする。Ｖを含有する場合、Ｖ含有量は、より好ましくは０．１５％以下であり、さらに好ましくは０．１０％以下である。
V:0.01~0.20%
Like Ti, V bonds with C and N contained in the steel and prevents sensitization. These effects are obtained when the V content is 0.01% or more. If it exceeds 20%, the workability decreases. Therefore, if V is contained, the V content is set to the range of 0.01 to 0.20%. It is more preferably 0.15% or less, and further preferably 0.10% or less.
Ｚｒ：０．０１～０．１０％
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、鋭敏化を抑制する元素である。この効果は、Ｚｒ含有量が０．０１％以上で得られる。一方、Ｚｒ含有量が０．１０％を超えると、加工性が低下する。そのため、Ｚｒを含有する場合は、Ｚｒ含有量は０．０１～０．１０％の範囲とする。Ｚｒを含有する場合、Ｚｒ含有量は、より好ましくは０．０３％以上である。また、Ｚｒを含有する場合、Ｚｒ含有量は、より好ましくは０．０５％以下である。
Zr: 0.01~0.10%
Zr, like Ti and Nb, is an element that bonds with C and N contained in the steel and suppresses sensitization. This effect is obtained when the Zr content is 0.01% or more. If the Zr content exceeds 0.10%, the workability decreases. Therefore, if Zr is contained, the Zr content is set to the range of 0.01 to 0.10%. The Zr content is more preferably 0.03% or more. In addition, when Zr is contained, the Zr content is more preferably 0.05% or less.
Ｍｇ：０．０００５～０．００５０％
Ｍｇは、脱酸剤として作用する。この効果はＭｇ含有量が０．０００５％以上で得られる。しかし、Ｍｇ含有量が０．００５０％を超えると、鋼の靱性が低下して製造性が低下する。そのため、Ｍｇを含有する場合は、Ｍｇ含有量は０．０００５～０．００５０％の範囲とする。Ｍｇを含有する場合、Ｍｇ含有量は、より好ましくは０．００２０％以下である。
Mg: 0.0005-0.0050%
Mg acts as a deoxidizer. This effect can be obtained when the Mg content is 0.0005% or more. However, if the Mg content exceeds 0.0050%, the toughness of the steel decreases and manufacturability decreases. Therefore, when Mg is contained, the Mg content is set to the range of 0.0005 to 0.0050%. When Mg is contained, the Mg content is more preferably 0.0020% or less. .
Ｃａ：０．０００５～０．００５０％
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。その効果は、Ｃａ含有量が０．０００５％以上で得られる。しかし、Ｃａ含有量が０．００５０％を超えると、Ｓと結合してＣａＳを生成し、耐食性が低下する。そのため、Ｃａを含有する場合は、Ｃａ含有量は０．０００５～０．００５０％の範囲とする。Ｃａを含有する場合、Ｃａ含有量は、より好ましくは０．００１０％以上である。また、Ｃａを含有する場合、Ｃａ含有量は、より好ましくは０．００４０％以下である。
Ca: 0.0005-0.0050%
Ca improves the penetration of welded parts and improves weldability. This effect is obtained when the Ca content is 0.0005% or more. However, when the Ca content exceeds 0.0050%, S When Ca is contained, it is combined with Ca to generate CaS, which reduces the corrosion resistance. Therefore, when Ca is contained, the Ca content is set to the range of 0.0005 to 0.0050%. When Ca is contained, the Ca content is , and more preferably 0.0010% or more. Furthermore, in the case where Ca is contained, the Ca content is more preferably 0.0040% or less.
Ｂ：０．０００５～０．００５０％
Ｂは、二次加工脆性を改善する元素である。その効果は、Ｂ含有量が０．０００５％以上で発現する。しかし、Ｂ含有量が０．００５０％を超えると、固溶強化により延性が低下する。そのため、Ｂを含有する場合は、Ｂ含有量は０．０００５～０．００５０％の範囲とする。
B: 0.0005-0.0050%
B is an element that improves secondary work embrittlement. This effect is manifested when the B content is 0.0005% or more. However, when the B content exceeds 0.0050%, ductility is reduced by solid solution strengthening. Therefore, when B is contained, the B content is set to the range of 0.0005 to 0.0050%.
ＲＥＭ（希土類金属）：０．００１～０．１００％
ＲＥＭ（希土類金属：Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄなどの原子番号５７～７１の元素）は、脱酸に有効な元素である。その効果は、ＲＥＭ含有量が０．００１％以上で得られる。しかし、ＲＥＭ含有量が０．１００％を超えると、熱間加工性が低下する。そのため、ＲＥＭを含有する場合は、ＲＥＭ含有量は０．００１～０．１００％の範囲とする。ＲＥＭを含有する場合、ＲＥＭ含有量は、より好ましくは０．０１０％以上である。また、ＲＥＭを含有する場合、ＲＥＭ含有量は、より好ましくは０．０５０％以下である。なお、ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙと、原子番号５７のランタン（Ｌａ）から原子番号７１のルテチウム（Ｌｕ）までの１５元素の総称であり、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 (rare earth metal): 0.001-0.100%
REM (rare earth metals: elements with atomic numbers 57 to 71, such as La, Ce, and Nd) are effective elements for deoxidization. This effect can be obtained when the REM content is 0.001% or more. However, If the REM content exceeds 0.100%, the hot workability decreases. Therefore, if REM is contained, the REM content is set to the range of 0.001 to 0.100%. In the case where REM is contained, the REM content is more preferably 0.010% or more. In the case where REM is contained, the REM content is more preferably 0.050% or less. REM includes Sc, Y, REM is a general term for 15 elements ranging from lanthanum (La) with atomic number 57 to lutetium (Lu) with atomic number 71, and the REM content here refers to the total content of these elements.
Ｓｎ：０．００１～０．１００％
Ｓｎは、加工肌荒れ抑制に有効な元素である。その効果は、Ｓｎ含有量が０．００１％以上で得られる。しかし、Ｓｎ含有量が０．１００％を超えると、熱間加工性が低下する。そのため、Ｓｎを含有する場合は、Ｓｎ含有量は０．００１～０．１００％の範囲とする。Ｓｎを含有する場合、より好ましくは、Ｓｎ含有量は０．０５０％以下である。
Sn: 0.001-0.100%
Sn is an element that is effective in suppressing roughness of the surface caused by processing. This effect can be obtained when the Sn content is 0.001% or more. However, when the Sn content exceeds 0.100%, the hot workability is deteriorated. Therefore, when Sn is contained, the Sn content is set to the range of 0.001 to 0.100%. When Sn is contained, the Sn content is more preferably 0.050% or less.
Ｓｂ：０．００１～０．１００％
Ｓｂは、Ｓｎと同様に、加工肌荒れ抑制に有効な元素である。その効果は、Ｓｂ含有量が０．００１％以上で得られる。しかし、Ｓｂ含有量が０．１００％を超えると、加工性が低下する。そのため、Ｓｂを含有する場合は、Ｓｂ含有量は０．００１～０．１００％の範囲とする。Ｓｂを含有する場合、より好ましくは、Ｓｂ含有量は０．０５０％以下である。
Sb: 0.001-0.100%
Sb, like Sn, is an element that is effective in suppressing roughness of the processed surface. This effect is obtained when the Sb content is 0.001% or more. However, when the Sb content exceeds 0.100%, the surface roughness of the processed steel is reduced. Therefore, when Sb is contained, the Sb content is set to the range of 0.001 to 0.100%. When Sb is contained, the Sb content is more preferably set to 0.050% or less. It is.
次に、本発明のフェライト系ステンレス鋼の好適な製造方法について説明する。 Next, we will explain a suitable method for producing the ferritic stainless steel of the present invention.
本発明のフェライト系ステンレス鋼の製造方法は、特に限定されないが、例えば、上記の成分組成を有する鋼スラブを、熱間圧延して熱延板とし、該熱延板に必要に応じて熱延板焼鈍を施し、その後、該熱延板に冷間圧延を施して所望板厚の冷延板とし、さらに必要に応じて該冷延板に冷延板焼鈍を施すことにより、上記の成分組成を有するフェライト系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。 The method for producing the ferritic stainless steel of the present invention is not particularly limited, but for example, a steel slab having the above-mentioned composition can be hot-rolled to form a hot-rolled sheet, which can be annealed as necessary, and then cold-rolled to form a cold-rolled sheet of the desired thickness, which can then be annealed as necessary to produce a ferritic stainless steel sheet having the above-mentioned composition. Note that the conditions for hot rolling, cold rolling, hot-rolled sheet annealing, and cold-rolled sheet annealing are not particularly limited, and may be conventional.
鋼を溶製する製鋼工程は、転炉あるいは電気炉等で溶解した鋼をＶＯＤ（Vacuum Oxygen Decaburization）法等により二次精錬し、上記必須成分および必要に応じて添加される成分を含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（鋼スラブ）とすることができるが、生産性および品質面からは、連続鋳造法によることが好ましい。鋼素材は、その後、好ましくは１０５０～１２５０℃に加熱され、熱間圧延により所望の板厚の熱延板とされる。もちろん、板材以外に熱間加工することもできる。上記熱延板は、その後必要に応じて９００～１１５０℃の温度で連続焼鈍を施した後、酸洗等により脱スケールし、熱延製品とすることが好ましい。なお、必要に応じて、酸洗前にショットブラストや研削ブラシなどによりスケール除去してもよい。 In the steelmaking process, steel melted in a converter or electric furnace is preferably subjected to secondary refining by a VOD (Vacuum Oxygen Decaburization) method or the like to produce steel containing the above essential components and components added as necessary. The produced molten steel can be made into a steel material (steel slab) by a known method, but in terms of productivity and quality, it is preferable to use a continuous casting method. The steel material is then heated to preferably 1050 to 1250°C and hot-rolled into a hot-rolled sheet of the desired thickness. Of course, it can also be hot-processed into products other than sheet materials. The hot-rolled sheet is then subjected to continuous annealing at a temperature of 900 to 1150°C as necessary, and is then descaled by pickling or the like to produce a hot-rolled product. Note that, if necessary, scale may be removed by shot blasting or a grinding brush before pickling.
さらに、上記熱延製品（熱延焼鈍板等）を、冷間圧延等の工程を経て冷延製品としてもよい。この場合の冷間圧延は、１回でもよいが、生産性や要求品質上の観点から中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延としてもよい。１回または２回以上の冷間圧延の総圧下率は、６０％以上が好ましく、より好ましくは７０％以上である。冷間圧延した鋼板は、その後、好ましくは９００～１１５０℃、さらに好ましくは９５０～１１５０℃の温度で連続焼鈍（仕上げ焼鈍）し、酸洗し、冷延製品とするのが好ましい。なお、連続焼鈍を光輝焼鈍で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施して、鋼板の形状や表面粗度、材質調整を行ってもよい。 Furthermore, the above hot-rolled product (hot-rolled annealed sheet, etc.) may be subjected to a process such as cold rolling to produce a cold-rolled product. In this case, cold rolling may be performed once, but from the viewpoint of productivity and required quality, cold rolling may be performed twice or more with intermediate annealing in between. The total reduction ratio of one or more cold rollings is preferably 60% or more, more preferably 70% or more. The cold-rolled steel sheet is then preferably continuously annealed (finish annealing) at a temperature of 900 to 1150°C, more preferably 950 to 1150°C, pickled, and produced as a cold-rolled product. Note that continuous annealing may be performed by bright annealing to omit pickling. 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.
以上説明した本発明のフェライト系ステンレス鋼は、少なくとも一か所以上の接合部がろう付けによって組み立てられた排熱回収器や排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置に好適に用いられる。特に前記排熱回収器や排気ガス再循環装置の熱交換器部材に好適に用いられる。 The ferritic stainless steel of the present invention described above is suitable for use in exhaust heat recovery devices and exhaust gas recirculation (EGR) devices in which at least one joint is assembled by brazing. It is particularly suitable for use as a heat exchanger component in the exhaust heat recovery device or exhaust gas recirculation device.
表１に示した成分組成を有する鋼を真空溶解炉で溶製し、１１５０℃で１時間加熱した後、熱間圧延によって板厚４．０ｍｍの熱延板を製造した。１０８０℃で１分間保持して熱延板焼鈍を行った後、表面を研削加工によりスケールを除去して板厚１．０ｍｍまで冷間圧延した。アンモニア分解ガス雰囲気中にて１０４０℃で１分間保持して仕上げ焼鈍を行って得られた冷延焼鈍板を、その表面をエメリー研磨紙で６００番まで研磨し、アセトンによる脱脂を行って試験に供した。 Steel having the composition shown in Table 1 was melted in a vacuum melting furnace, heated at 1150°C for 1 hour, and then hot-rolled to produce a hot-rolled sheet with a thickness of 4.0 mm. The hot-rolled sheet was annealed by holding at 1080°C for 1 minute, after which the surface was ground to remove scale and cold-rolled to a thickness of 1.0 mm. The cold-rolled annealed sheet was finish-annealed by holding at 1040°C for 1 minute in an ammonia decomposition gas atmosphere, and the surface was polished with emery paper up to No. 600, degreased with acetone, and subjected to testing.
この冷延焼鈍板について、以下のようにして、Ｎｉろう材によるろう付けを行い、（１）ろう付け性および（２）ろう付け部の強度の評価、および、ろう付け処理後の冷延焼鈍板について（３）耐食性の評価を実施し、その結果を表２に示した。 This cold-rolled annealed sheet was brazed with Ni brazing filler metal as follows, and (1) the brazeability and (2) the strength of the brazed part were evaluated, and (3) the corrosion resistance of the cold-rolled annealed sheet after brazing was evaluated. The results are shown in Table 2.
（１）ろう付け性の評価
作製した冷延焼鈍板から、幅５０ｍｍ、長さ５０ｍｍの試験片を切出し、水平にした試験片の表面に直径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍのＮｉろう材（組成、Ｎｉ：残部（バランス）、Ｃｒ：２９ｍａｓｓ％、Ｓｉ：４ｍａｓｓ％、Ｐ：６ｍａｓｓ％）を塗布し、その後、Ｎｉろう材を塗布した試験片をろう材を塗布した面を上にして水平に置いた状態で１０８０℃、１Ｔｏｒｒの窒素キャリアガス雰囲気で１０分間加熱した後、常温まで冷却するろう付け処理を行った。その後、試験片表面のろう材の円相当直径（加熱後のろう材の円相当直径）を測定した。そして、加熱前のろう材の直径（１０ｍｍ、円相当直径も同じ）に対する加熱後のろう材の円相当直径の比（ろう材の広がり率）を求め、以下の基準で評価した。
加熱前に対する加熱後のろう材の広がり率＝（加熱後のろう材の円相当直径／加熱前のろう材の直径（１０ｍｍ））×１００（％）
○（合格）：１５０％以上
×（不合格）：１５０％未満
(1) Evaluation of brazing property From the prepared cold-rolled annealed sheet, a test piece having a width of 50 mm and a length of 50 mm was cut out, and a Ni brazing material having a diameter of 10 mm and a thickness of 1 mm (composition, Ni: balance, Cr: 29 mass%, Si: 4 mass%, P: 6 mass%) was applied to the surface of the horizontally placed test piece. Then, the test piece coated with the Ni brazing material was heated for 10 minutes in a nitrogen carrier gas atmosphere of 1080 ° C. and 1 Torr with the brazing material applied side facing up, and then cooled to room temperature. Then, the circular equivalent diameter of the brazing material on the surface of the test piece (circular equivalent diameter of the brazing material after heating) was measured. Then, the ratio of the circular equivalent diameter of the brazing material after heating to the diameter of the brazing material before heating (10 mm, the circular equivalent diameter is also the same) (spreadability of the brazing material) was obtained and evaluated according to the following criteria.
Spreadability of the brazing filler metal after heating to that before heating = (circle equivalent diameter of the brazing filler metal after heating / diameter of the brazing filler metal before heating (10 mm)) x 100 (%)
○ (Pass): 150% or more × (Fail): Less than 150%
（２）ろう付け部の強度測定
各冷延焼鈍板からＪＩＳ Ｚ ３１９２：１９９９に準拠して、板厚１．０ｍｍの３号試験片（２枚１組)を採取して、重ねしろを５．０ｍｍとした重ね継手部に上記のＮｉろう材を塗布し、１０８０℃、１Ｔｏｒｒの窒素キャリアガス雰囲気で１０分間加熱した後、常温まで冷却するろう付け処理を行って、Ｎｉろう材でろう付けした重ね継手部（ろう付け部）を作製した。ついでろう付けを行った後に重ね継手部からはみ出た余分なろうを除去した。このようにして得られた上記ろう付け部を有する試験片を用いてＪＩＳ Ｚ ２２４１：２０１１に準拠して試験速度を１０ｍｍ／ｍｉｎとして室温で引張試験を行い、ろう付け部のせん断強度を測定した。
○（合格）：１３０Ｎ／ｍｍ２以上
×（不合格）：１３０Ｎ／ｍｍ２未満
(2) Strength measurement of brazed part From each cold-rolled annealed sheet, in accordance with JIS Z 3192:1999, No. 3 test pieces (2 pieces per set) with a sheet thickness of 1.0 mm were taken, and the above-mentioned Ni brazing material was applied to the lap joint part with an overlap of 5.0 mm, and the lap joint part was brazed with Ni brazing material by heating for 10 minutes in a nitrogen carrier gas atmosphere of 1080 ° C. and 1 Torr, and then cooled to room temperature. A brazing process was performed to prepare a lap joint part (brazing part) brazed with Ni brazing material. Then, after brazing, the excess brazing material protruding from the lap joint part was removed. Using the test pieces having the brazed part thus obtained, a tensile test was performed at room temperature at a test speed of 10 mm / min in accordance with JIS Z 2241:2011, and the shear strength of the brazing part was measured.
○ (Pass): 130N/ mm2 or more × (Fail): Less than 130N/ mm2
（３）耐食性の評価
ろう付け処理後（（１）ろう付け性の評価で実施したろう付け処理後）の各冷延焼鈍板の試験片を用いて、ろう材が付着していない部分から２０ｍｍ角の試験片を採取し、この試験片に対して１１ｍｍ角の測定面を残してシリコーン樹脂製のシール材で被覆した。ついで、この試験片を３０℃の３．５％ＮａＣｌ溶液中に浸漬させ、前記ＮａＣｌ溶液の濃度以外はＪＩＳ Ｇ ０５７７：２０１４に準拠して、孔食電位測定を実施した。自然電位で１０分間保持後、２０ｍＶ／ｍｉｎの掃引速度でアノード電流密度が１．１ｍＡ／ｃｍ２に達するまで測定を行い、電流密度が１００μＡ／ｃｍ２になった時の電位を孔食電位Ｖｃ'１００とし、その値を表２に示す。なお、排熱回収器やＥＧＲクーラーの熱交換器部分の使用条件を考慮すると、孔食電位Ｖｃ'１００が排熱回収器やＥＧＲクーラーの熱交換器部分に実績のあるＳＵＳ３０４Ｌ相当の３００ｍＶ（ ｖｓ ＳＣＥ）以上であれば耐食性に優れると判定できる。
○（合格）：３００ｍＶ（ ｖｓ ＳＣＥ）以上
×（不合格）：３００ｍＶ（ ｖｓ ＳＣＥ）未満
(3) Evaluation of corrosion resistance After brazing (after brazing performed in (1) evaluation of brazing property), a 20 mm square test piece was taken from the part where the brazing material was not attached using a test piece of each cold-rolled annealed sheet, and the test piece was covered with a silicone resin sealant leaving a measurement surface of 11 mm square. Next, the test piece was immersed in a 3.5% NaCl solution at 30 ° C., and pitting potential measurement was performed in accordance with JIS G 0577: 2014 except for the concentration of the NaCl solution. After holding at the natural potential for 10 minutes, the measurement was performed at a sweep rate of 20 mV / min until the anode current density reached 1.1 mA / cm 2 , and the potential when the current density reached 100 μA / cm 2 was taken as the pitting potential Vc'100, and the value is shown in Table 2. In addition, taking into consideration the conditions of use of the heat exchanger of the exhaust heat recovery device or EGR cooler, it can be determined that the corrosion resistance is excellent if the pitting potential Vc'100 is 300 mV (vs SCE) or more, which is equivalent to SUS304L, which has a proven track record in heat exchanger parts of exhaust heat recovery devices and EGR coolers.
○ (Pass): 300mV (vs. SCE) or more × (Fail): Less than 300mV (vs. SCE)
表２より、発明例Ｎｏ.１～２７はいずれも、優れたろう付け性を有し、ろう付け部の強度に優れ、優れた耐食性を有していた。これに対し、成分組成が適正範囲外となる比較例Ｎｏ.２８～３７では、ろう付け性、ろう付け部の強度および耐食性の目標を全て同時に満足することはできなかった。 As can be seen from Table 2, all of the invention examples No. 1 to No. 27 had excellent brazing properties, excellent strength of the brazed part, and excellent corrosion resistance. In contrast, the comparative examples No. 28 to No. 37, whose composition was outside the appropriate range, were unable to simultaneously meet the targets for brazing properties, strength of the brazed part, and corrosion resistance.
より具体的には、比較例Ｎｏ．２８（鋼記号Ｂ１）では、Ｃｒ含有量が本発明の上限値超えであったため、優れたろう付け部の強度を得られなかった。
比較例Ｎｏ.２９（鋼記号Ｂ２）では、Ａｌ含有量が本発明の上限値超えであったため、優れたろう付け性およびろう付け部の強度を得られなかった。
比較例Ｎｏ.３０（鋼記号Ｂ３）では、Ｓｉ含有量が本発明の上限値超えであったため、優れたろう付け性およびろう付け部の強度を得られなかった。
比較例Ｎｏ.３１（鋼記号Ｂ４）では、Ｍｎ含有量が本発明の上限値超えであったため、優れたろう付け性およびろう付け部の強度を得られなかった。
比較例Ｎｏ.３２（鋼記号Ｂ５）では、Ｃｒ含有量が本発明の下限値未満であったため、優れた耐食性を得られなかった。
比較例Ｎｏ.３３（鋼記号Ｂ６）では、Ｎｉ含有量が本発明の下限値未満であったため、優れたろう付け性およびろう付け部の強度を得られなかった。
比較例Ｎｏ.３４（鋼記号Ｂ７）では、Ｎｂ含有量が本発明の下限値未満であったため、優れた耐食性を得られなかった。
比較例Ｎｏ.３５（鋼記号Ｂ８）では、Ｍｏ含有量が本発明の下限値未満であったため、優れた耐食性を得られなかった。
比較例Ｎｏ.３６（鋼記号Ｂ９）では、すべての成分が規定範囲であるが、式（１）を満たさず、優れたろう付け性およびろう付け部の強度が得られなかった。
比較例Ｎｏ.３７（鋼記号Ｂ１０）では、すべての成分が規定範囲であるが、式（２）を満たさず、優れたろう付け部の強度を得られなかった。
More specifically, in Comparative Example No. 28 (steel symbol B1), the Cr content exceeded the upper limit of the present invention, and therefore excellent strength of the brazed portion could not be obtained.
In Comparative Example No. 29 (steel symbol B2), the Al content exceeded the upper limit of the present invention, and therefore excellent brazability and strength of the brazed portion could not be obtained.
In Comparative Example No. 30 (steel symbol B3), the Si content exceeded the upper limit of the present invention, and therefore excellent brazability and strength of the brazed portion could not be obtained.
In Comparative Example No. 31 (steel symbol B4), the Mn content exceeded the upper limit of the present invention, and therefore excellent brazability and strength of the brazed portion could not be obtained.
In Comparative Example No. 32 (steel symbol B5), the Cr content was below the lower limit of the present invention, and therefore excellent corrosion resistance was not obtained.
In Comparative Example No. 33 (steel symbol B6), the Ni content was below the lower limit of the present invention, and therefore excellent brazability and strength of the brazed portion were not obtained.
In Comparative Example No. 34 (steel symbol B7), the Nb content was below the lower limit of the present invention, and therefore excellent corrosion resistance was not obtained.
In Comparative Example No. 35 (steel symbol B8), the Mo content was below the lower limit of the present invention, and therefore excellent corrosion resistance was not obtained.
In Comparative Example No. 36 (steel symbol B9), all the components were within the specified ranges, but the formula (1) was not satisfied, and excellent brazability and strength of the brazed portion were not obtained.
In Comparative Example No. 37 (steel symbol B10), all the components were within the specified ranges, but the formula (2) was not satisfied, and excellent strength of the brazed portion was not obtained.
本発明によれば、ろう付けにより組み立てられる排熱回収器やＥＧＲクーラーの熱交換器部材等の排気ガス再循環装置に用いて好適なフェライト系ステンレス鋼が得られるので、産業上極めて有用である。 The present invention provides ferritic stainless steel suitable for use in exhaust gas recirculation devices such as exhaust heat recovery devices and heat exchanger components for EGR coolers, which are assembled by brazing, and is therefore extremely useful industrially.
Claims (4)
Ｃ：０．００３～０．０３０％、
Ｓｉ：０．０１～１．００％、
Ｍｎ：０．０５～０．３０％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ｃｒ：２２．０～２７．０％、
Ｎｉ：１．５０～２．５０％、
Ｍｏ：１．００～３．００％、
Ａｌ：０．００１～０．０２０％、
Ｎｂ：０．２０～０．８０％、
Ｎ：０．０３０％以下
を含有し、以下の式（１）、（２）を満たすとともに、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有するフェライト系ステンレス鋼。
Ｎｉ－２．２（Ｓｉ＋Ｍｎ）≧０．００％ ・・・（１）
３Ｎｉ－８Ａｌ－４Ｓｉ－２Ｍｎ－０．１Ｃｒ≧０．００％ ・・・（２）
（式（１）、（２）中のＮｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ａｌは、各元素の含有量（質量％）を示す。） In mass percent,
C: 0.003-0.030%,
Si: 0.01-1.00%,
Mn: 0.05-0.30%,
P: 0.050% or less,
S: 0.020% or less,
Cr: 22.0-27.0%,
Ni: 1.50-2.50%,
Mo: 1.00-3.00%,
Al: 0.001-0.020%,
Nb: 0.20-0.80%,
A ferritic stainless steel containing 0.030% or less N, satisfying the following formulas (1) and (2), with the balance being Fe and unavoidable impurities.
Ni-2.2 (Si+Mn)≧0.00%...(1)
3Ni-8Al-4Si-2Mn-0.1Cr≧0.00%...(2)
(Ni, Si, Mn, Cr, and Al in formulas (1) and (2) indicate the content (mass%) of each element.)
Ｃｕ：０．０１～１．００％、
Ｃｏ：０．０１～１．００％、
Ｗ：０．０１～２．００％
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に記載のフェライト系ステンレス鋼。 Further, in mass%,
Cu: 0.01 to 1.00%,
Co: 0.01 to 1.00%,
W: 0.01~2.00%
2. The ferritic stainless steel according to claim 1, which contains one or more selected from the following:
Ｔｉ：０．０１～０．１０％、
Ｖ：０．０１～０．２０％、
Ｚｒ：０．０１～０．１０％、
Ｍｇ：０．０００５～０．００５０％、
Ｃａ：０．０００５～０．００５０％、
Ｂ：０．０００５～０．００５０％、
ＲＥＭ（希土類金属）：０．００１～０．１００％、
Ｓｎ：０．００１～０．１００％、
Ｓｂ：０．００１～０．１００％
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または２に記載のフェライト系ステンレス鋼。 Further, in mass%,
Ti: 0.01 to 0.10%,
V: 0.01-0.20%,
Zr: 0.01 to 0.10%,
Mg: 0.0005-0.0050%,
Ca: 0.0005-0.0050%,
B: 0.0005-0.0050%,
REM (rare earth metal): 0.001-0.100%,
Sn: 0.001 to 0.100%,
Sb: 0.001-0.100%
3. The ferritic stainless steel according to claim 1, further comprising one or more selected from the group consisting of:
Priority Applications (1)
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