熱交換器用Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｕ−Ｆｅ系ろう材
【課題】 可能な限り低い溶融温度、たとえば炉内温度１１００℃（溶融温度はそれより少し低い必要がある）でも充分ろう付けすることができると共に、ろう付け性が良く、フィレットのせん断強度が強く且つ、耐食性の高い熱交換器用Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｕ−Ｆｅ系ろう材を提供するものである。
【解決手段】 重量％で、Ｃｒを２０〜３０％、Ｃｕを５〜１５％、Ｆｅを５〜３０％、Ｓｉを３〜６％、Ｐを３〜８％、残部をＮｉと不可避不純物からなる熱交換器用Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｕ−Ｆｅ系ろう材である。
【解決手段】 重量％で、Ｃｒを２０〜３０％、Ｃｕを５〜１５％、Ｆｅを５〜３０％、Ｓｉを３〜６％、Ｐを３〜８％、残部をＮｉと不可避不純物からなる熱交換器用Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｕ−Ｆｅ系ろう材である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス製熱交換器のろう材に関し、特にＮｉ−Ｃｒ−Ｃｕ−Ｆｅ系ろう材に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｎｉ−Ｃｒ系ろう材として、６１％Ｎｉ、２９％Ｃｒ、４％Ｓｉ、６％Ｐよりなるろう材が知られている。
また、下記特許文献１には、Ｃｒを１０〜３０％、Ｐを２〜１１％、Ｓｉを１〜１０％、Ｐ＋Ｓｉの合計が１０〜１３％を含み、残部はＮｉよりなるＮｉ基耐熱ろう材が知られている。
さらには、下記特許文献２には、Ｃｒを２５〜３５％、Ｐを４〜８％、Ｓｉを３〜６％、Ｐ＋Ｓｉの合計が９〜１１．５％、Ａｌ、Ｃａ、Ｙ、ミッシュメタルの１種以上を０．０１〜０．１０％含み、残部はＮｉよりなるＮｉ基耐熱ろう材が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２２５６７９号公報
【特許文献２】特開２００２−１４４０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のＮｉ−Ｃｒ系ろう材は、Ｎｉ材が他の合金成分の材料に対しより高価であるので、Ｎｉ材の比率のさらなる低減が求められている。しかし、Ｎｉを単に他の材料に置き換えた場合、ろう材の拡がり性やそのフィレットのせん断強度が充分でなくなると共に、耐食性が低下するおそれがある。また、ろう材の溶融温度を低くして、ろう付け温度を比較的低い温度に保つ必要がある。これは、ろう付け温度が高いと、ステンレス鋼板がろう付け中に劣化するからである。
そこで本発明は、可能な限り低い溶融温度、たとえば炉内温度１１００℃（溶融温度はそれより少し低い必要がある）でも充分ろう付けすることができると共に、ろう付け性が良く、フィレットのせん断強度が強く且つ、耐食性の高い熱交換器用Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｕ−Ｆｅ系ろう材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の本発明は、重量％で、Ｃｒを２０〜３０％、Ｃｕを５〜１５％、Ｆｅを５〜３０％、Ｓｉを３〜６％、Ｐを３〜８％、残部をＮｉと不可避不純物からなる熱交換器用Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｕ−Ｆｅ系ろう材である。
【０００６】
請求項２に記載の本発明は、重量％で、Ｃｒを２０〜３０％、Ｃｕを５〜１５％、Ｆｅを５〜３０％、Ｓｉを３〜６％、Ｐを３〜８％、Ｍｎを１０％以下、残部をＮｉと不可避不純物からなる熱交換器用Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｕ−Ｆｅ系ろう材である。
【０００７】
請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２において、
前記Ｆｅ含有量を５〜３０％として、その少なくとも一部にＦｅ２Ｏ３を用い、その酸素量を０．０１〜０．７％とした熱交換器用Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｕ−Ｆｅ系ろう材である。
【０００８】
即ち、この発明はＮｉ−Ｃｒに加えて、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｓｉ，Ｐの各成分の有効な範囲を実験的に見出したものである。
本発明において上記のように、各成分範囲を限定した理由は次の通りである。
Ｃｒは、既に知られている通り、Ｎｉ−Ｃｒの固溶体となり、耐食性・耐熱性を向上させるものであるが、３０％を超えると融点、特に液相線が高くなり、ろう付け中にステンレス材の劣化を生じるおそれがある。また、それが２０％未満では耐食性・耐熱性の効果が少なくなる。そこで、Ｃｒは２０〜３０％の範囲とした。
【０００９】
Ｃｕは、ろう付けにおける拡がり性を向上させるものであり、５％未満ではその効果が少なく、１５％を越えると急に耐食性が悪くなる。
Ｆｅは、ろう材の低価格化につながるが、５％未満ではその効果が少なく、３０％を越えるとろう材の拡がり性が低下すると共に、耐食性が低下する。また、このＦｅはその融点が１６００℃と高いため、ろう材の融点を上昇させる原因になる。そこで、ＣｕとＦｅを共存させることで、融点上昇をＣｕにより緩和させることができる。そのためにも、Ｃｕは５〜１０％とする必要がある。
【００１０】
さらに、Ｓｉ及びＰは耐食性及び、合金の融点並びに、強度に影響を与えるものであり、Ｓｉが３％未満では耐食性が悪くなり強度も低下する。６％を超えると合金の融点が上昇する。Ｐは３％未満では融点が上昇し、８％を超えると耐食性が劣化する。
次に、Ｍｎを１０％以下含むことができる。このＭｎは、ろう材の拡がり性を向上させる効果があるが、１０％を超えると融点を高めることになる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の熱交換器用Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｕ−Ｆｅ系ろう材は、各種ステンレス鋼に対し、融点が低く、ろう付け性が良好で、ろうフィレット部の耐食性が良く、そのフィレット部の強度の大きなものとなる効果を有する。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の実施例及び比較例に付き説明する。
これらは、夫々の合金組成に対し融点・ろう付け性・抗析力・フィレット部の耐食性に付き夫々実験を行ったものである。その結果は、表１の通りである。
【００１３】
【表１】
【００１４】
表１の融点は、ろう材を溶融したときの液相線及び固相線における温度を測定したものである。ろう付け性は、ステンレス鋼板上にろう材を載せ溶融させて、広がった面積を元の面積との割合として測定したものである。
抗析力試験は、ろう材により接合した２部材を万能試験機にかけ、その破断荷重を測定したものである。
耐食性は、特にろう材フィレット部において、交互浸漬腐食試験（ＳＯ４２‐（硫酸イオンを多量に含む））を行った。即ち、ろう材フィレットのサンプルを腐食液に浸漬した後、昇温し、次いで空冷し、再度腐食液に浸漬し、同様のことを繰り返し実験を行った後、ろうフィレット部の浸食深さを顕微鏡により観察したものである。
【００１５】
本願発明では、融点の許容範囲を１１００℃の炉内温度で確実にろう付け固定される必要から、液相線が１０８０℃以下を良いものと定めた。また、ろう付けの拡がり性については、４倍を超えることを条件とし、抗析力については１００Ｎ／ｍｍ２以上とした。さらに、フィレットの耐食性については腐蝕孔の深さが６０μｍを超えないものとした。
本発明の実施例は、表１の各合金Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２２において、全てこれらの条件を満足するものであった。その結果から、本発明の請求項１〜請求項３が特定されている。
【００１６】
次に、比較例として表１に示した各合金ａ〜ｈは、本発明の範囲を超えるろう材であり、上記の条件のうち何れか１以上に問題があった。
比較例のａは拡がり性に欠け、ｂは耐食性に欠け、ｃは抗析力が小さく、ｄ及びｅは融点・拡がり係数・耐食性に問題があった。また、比較例のｆは耐食性に問題があり、ｇ及びｈは融点が高い欠点があった。
【００１７】
なお、本発明のろう材は不可避不純物として、Ｔｉが０．１５〜０．９％含んでいる。このＴｉは、ろう材の拡がり性を低下するので、ろう材製造過程においてＯ２を供給し、Ｔｉを酸化させてＴｉＯ２とすることで、Ｔｉの影響を本発明は軽減している。そのために、請求項３においてその酸素量を０．０１〜０．７％とするものである。これはＴｉを全て酸化させるのに必要な酸素量である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス製熱交換器のろう材に関し、特にＮｉ−Ｃｒ−Ｃｕ−Ｆｅ系ろう材に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｎｉ−Ｃｒ系ろう材として、６１％Ｎｉ、２９％Ｃｒ、４％Ｓｉ、６％Ｐよりなるろう材が知られている。
また、下記特許文献１には、Ｃｒを１０〜３０％、Ｐを２〜１１％、Ｓｉを１〜１０％、Ｐ＋Ｓｉの合計が１０〜１３％を含み、残部はＮｉよりなるＮｉ基耐熱ろう材が知られている。
さらには、下記特許文献２には、Ｃｒを２５〜３５％、Ｐを４〜８％、Ｓｉを３〜６％、Ｐ＋Ｓｉの合計が９〜１１．５％、Ａｌ、Ｃａ、Ｙ、ミッシュメタルの１種以上を０．０１〜０．１０％含み、残部はＮｉよりなるＮｉ基耐熱ろう材が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２２５６７９号公報
【特許文献２】特開２００２−１４４０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のＮｉ−Ｃｒ系ろう材は、Ｎｉ材が他の合金成分の材料に対しより高価であるので、Ｎｉ材の比率のさらなる低減が求められている。しかし、Ｎｉを単に他の材料に置き換えた場合、ろう材の拡がり性やそのフィレットのせん断強度が充分でなくなると共に、耐食性が低下するおそれがある。また、ろう材の溶融温度を低くして、ろう付け温度を比較的低い温度に保つ必要がある。これは、ろう付け温度が高いと、ステンレス鋼板がろう付け中に劣化するからである。
そこで本発明は、可能な限り低い溶融温度、たとえば炉内温度１１００℃（溶融温度はそれより少し低い必要がある）でも充分ろう付けすることができると共に、ろう付け性が良く、フィレットのせん断強度が強く且つ、耐食性の高い熱交換器用Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｕ−Ｆｅ系ろう材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の本発明は、重量％で、Ｃｒを２０〜３０％、Ｃｕを５〜１５％、Ｆｅを５〜３０％、Ｓｉを３〜６％、Ｐを３〜８％、残部をＮｉと不可避不純物からなる熱交換器用Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｕ−Ｆｅ系ろう材である。
【０００６】
請求項２に記載の本発明は、重量％で、Ｃｒを２０〜３０％、Ｃｕを５〜１５％、Ｆｅを５〜３０％、Ｓｉを３〜６％、Ｐを３〜８％、Ｍｎを１０％以下、残部をＮｉと不可避不純物からなる熱交換器用Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｕ−Ｆｅ系ろう材である。
【０００７】
請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２において、
前記Ｆｅ含有量を５〜３０％として、その少なくとも一部にＦｅ２Ｏ３を用い、その酸素量を０．０１〜０．７％とした熱交換器用Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｕ−Ｆｅ系ろう材である。
【０００８】
即ち、この発明はＮｉ−Ｃｒに加えて、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｓｉ，Ｐの各成分の有効な範囲を実験的に見出したものである。
本発明において上記のように、各成分範囲を限定した理由は次の通りである。
Ｃｒは、既に知られている通り、Ｎｉ−Ｃｒの固溶体となり、耐食性・耐熱性を向上させるものであるが、３０％を超えると融点、特に液相線が高くなり、ろう付け中にステンレス材の劣化を生じるおそれがある。また、それが２０％未満では耐食性・耐熱性の効果が少なくなる。そこで、Ｃｒは２０〜３０％の範囲とした。
【０００９】
Ｃｕは、ろう付けにおける拡がり性を向上させるものであり、５％未満ではその効果が少なく、１５％を越えると急に耐食性が悪くなる。
Ｆｅは、ろう材の低価格化につながるが、５％未満ではその効果が少なく、３０％を越えるとろう材の拡がり性が低下すると共に、耐食性が低下する。また、このＦｅはその融点が１６００℃と高いため、ろう材の融点を上昇させる原因になる。そこで、ＣｕとＦｅを共存させることで、融点上昇をＣｕにより緩和させることができる。そのためにも、Ｃｕは５〜１０％とする必要がある。
【００１０】
さらに、Ｓｉ及びＰは耐食性及び、合金の融点並びに、強度に影響を与えるものであり、Ｓｉが３％未満では耐食性が悪くなり強度も低下する。６％を超えると合金の融点が上昇する。Ｐは３％未満では融点が上昇し、８％を超えると耐食性が劣化する。
次に、Ｍｎを１０％以下含むことができる。このＭｎは、ろう材の拡がり性を向上させる効果があるが、１０％を超えると融点を高めることになる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の熱交換器用Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｕ−Ｆｅ系ろう材は、各種ステンレス鋼に対し、融点が低く、ろう付け性が良好で、ろうフィレット部の耐食性が良く、そのフィレット部の強度の大きなものとなる効果を有する。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の実施例及び比較例に付き説明する。
これらは、夫々の合金組成に対し融点・ろう付け性・抗析力・フィレット部の耐食性に付き夫々実験を行ったものである。その結果は、表１の通りである。
【００１３】
【表１】
【００１４】
表１の融点は、ろう材を溶融したときの液相線及び固相線における温度を測定したものである。ろう付け性は、ステンレス鋼板上にろう材を載せ溶融させて、広がった面積を元の面積との割合として測定したものである。
抗析力試験は、ろう材により接合した２部材を万能試験機にかけ、その破断荷重を測定したものである。
耐食性は、特にろう材フィレット部において、交互浸漬腐食試験（ＳＯ４２‐（硫酸イオンを多量に含む））を行った。即ち、ろう材フィレットのサンプルを腐食液に浸漬した後、昇温し、次いで空冷し、再度腐食液に浸漬し、同様のことを繰り返し実験を行った後、ろうフィレット部の浸食深さを顕微鏡により観察したものである。
【００１５】
本願発明では、融点の許容範囲を１１００℃の炉内温度で確実にろう付け固定される必要から、液相線が１０８０℃以下を良いものと定めた。また、ろう付けの拡がり性については、４倍を超えることを条件とし、抗析力については１００Ｎ／ｍｍ２以上とした。さらに、フィレットの耐食性については腐蝕孔の深さが６０μｍを超えないものとした。
本発明の実施例は、表１の各合金Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２２において、全てこれらの条件を満足するものであった。その結果から、本発明の請求項１〜請求項３が特定されている。
【００１６】
次に、比較例として表１に示した各合金ａ〜ｈは、本発明の範囲を超えるろう材であり、上記の条件のうち何れか１以上に問題があった。
比較例のａは拡がり性に欠け、ｂは耐食性に欠け、ｃは抗析力が小さく、ｄ及びｅは融点・拡がり係数・耐食性に問題があった。また、比較例のｆは耐食性に問題があり、ｇ及びｈは融点が高い欠点があった。
【００１７】
なお、本発明のろう材は不可避不純物として、Ｔｉが０．１５〜０．９％含んでいる。このＴｉは、ろう材の拡がり性を低下するので、ろう材製造過程においてＯ２を供給し、Ｔｉを酸化させてＴｉＯ２とすることで、Ｔｉの影響を本発明は軽減している。そのために、請求項３においてその酸素量を０．０１〜０．７％とするものである。これはＴｉを全て酸化させるのに必要な酸素量である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、Ｃｒを２０〜３０％、Ｃｕを５〜１５％、Ｆｅを５〜３０％、Ｓｉを３〜６％、Ｐを３〜８％、残部をＮｉと不可避不純物からなる熱交換器用Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｕ−Ｆｅ系ろう材。
【請求項２】
重量％で、Ｃｒを２０〜３０％、Ｃｕを５〜１５％、Ｆｅを５〜３０％、Ｓｉを３〜６％、Ｐを３〜８％、Ｍｎを１０％以下、残部をＮｉと不可避不純物からなる熱交換器用Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｕ−Ｆｅ系ろう材。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記Ｆｅ含有量を５〜３０％として、その少なくとも一部にＦｅ２Ｏ３を用い、その酸素量を０．０１〜０．７％とした熱交換器用Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｕ−Ｆｅ系ろう材。
【請求項１】
重量％で、Ｃｒを２０〜３０％、Ｃｕを５〜１５％、Ｆｅを５〜３０％、Ｓｉを３〜６％、Ｐを３〜８％、残部をＮｉと不可避不純物からなる熱交換器用Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｕ−Ｆｅ系ろう材。
【請求項２】
重量％で、Ｃｒを２０〜３０％、Ｃｕを５〜１５％、Ｆｅを５〜３０％、Ｓｉを３〜６％、Ｐを３〜８％、Ｍｎを１０％以下、残部をＮｉと不可避不純物からなる熱交換器用Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｕ−Ｆｅ系ろう材。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記Ｆｅ含有量を５〜３０％として、その少なくとも一部にＦｅ２Ｏ３を用い、その酸素量を０．０１〜０．７％とした熱交換器用Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｕ−Ｆｅ系ろう材。
【公開番号】特開２０１０−２６９３４７（Ｐ２０１０−２６９３４７Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２４０１５（Ｐ２００９−１２４０１５）
【出願日】平成２１年５月２２日（２００９．５．２２）
【出願人】（０００２２２４８４）株式会社ティラド (289)
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２２日（２００９．５．２２）
【出願人】（０００２２２４８４）株式会社ティラド (289)
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