JP7548193B2 - フェライト系ステンレス鋼 - 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
［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。
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。
以下、本発明を具体的に説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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
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
（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
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
（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
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
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。
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。
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。
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。
Claims (4)
- 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。） - 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種以上を含有する請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼。 - 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種以上を含有する請求項１または２に記載のフェライト系ステンレス鋼。 - 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請求項１～３の何れかに記載のフェライト系ステンレス鋼。
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