[发明专利]铁素体系不锈钢及其制造方法

说明书

本发明解决含有Cu的铁素体系不锈钢中在进行使用含Ni钎料的高温下的钎焊时确保良好的钎焊性和耐腐蚀性这样的课题。本发明具有如下特征：关于钢的成分组成，形成为以质量％计含有C：0.003～0.025％、Si：0.05～1.00％、Mn：0.05～1.00％、P：0.04％以下、S：0.01％以下、Cr：16.0～23.0％、Cu：0.20～0.80％、Ni：0.05～0.60％、Nb：0.20～0.70％和N：0.005～0.020％且余量为Fe和不可避免的杂质的组成，并且生成从表面至0.05μm的深度之间的氮浓度的峰值为0.03～0.30质量％的氮富集层。

技术领域

本发明涉及在进行使用含Ni钎料的高温下的钎焊的情况下显示良好的钎焊性并且耐腐蚀性也优良的铁素体系不锈钢及其制造方法。

背景技术

近年来，从保护地球环境的立场出发，对于汽车要求燃料效率的进一步提高、废气净化的强化。因此，废热回收器、EGR(Exhaust Gas Recirculation，废气再循环)冷却器在汽车中的应用逐渐增多。

在此，废热回收器是指通过将发动机冷却水的热用于供暖、或者利用废气的热将发动机的冷却水加热而缩短发动机启动时的暖机时间来提高燃料效率的装置。一般而言，废热回收器设置在催化剂转换器与消音器之间，由使管、板、翅片、侧板等组合而成的热交换器部分与入口侧和出口侧管部分构成。一般而言，为了减小背压阻力，翅片、板使用板厚较薄的材料(约0.1mm～约0.5mm)，另外，从确保强度的观点出发，侧板、管等使用板厚较厚的材料(约0.8mm～约1.5mm)。另外，废气从入口侧管进入到热交换器部分，因此，将该热经由翅片等的传热面而向冷却水传递，从出口侧管排出。另外，在这样的构成废热回收器的热交换器部分的板、翅片的粘接、组装中，主要使用利用含Ni钎料的钎焊。

另外，EGR冷却器由从排气歧管等导入废气的管、将废气返回至发动机的进气侧的管和对废气进行冷却的热交换器构成。作为具体的结构，形成在使废气从排气歧管回流至发动机的进气侧的路径上具备同时具有水流通路和废气通路的热交换器的结构。通过形成这样的结构，形成如下系统：排气侧的高温的废气被热交换器冷却，冷却后的废气回流至进气侧而使发动机的燃烧温度降低，抑制容易在高温下生成的NO_X。另外，从轻量化、紧凑化、成本削减等理由考虑，EGR冷却器的热交换器部分是使薄板的翅片和板重叠而构成，在它们的粘接、组装中仍然主要使用利用含Ni钎料的钎焊。

如此，废热回收器、EGR冷却器的热交换器部分通过使用含Ni钎料的钎焊进行粘接、组装，因此，对于这些热交换器部分中使用的原材料，要求对含Ni钎料的良好的钎焊性。另外，在这些热交换器部分，由于高温的废气通过，因此，还要求对高温的废气的抗氧化性。此外，在废气中含有若干氮氧化物(NO_X)、硫氧化物(SO_X)、烃(HC)，因此，它们在热交换器中发生结露而形成腐蚀性强的酸性冷凝水。因此，对于这些热交换器部分中使用的原材料，还要求常温下的耐腐蚀性。特别是在钎焊热处理时达到高温，因此，需要防止晶界的Cr优先与C、N反应而形成缺Cr层即所谓的敏化从而确保耐腐蚀性。

出于上述情况，在废热回收器、EGR冷却器的热交换器部分通常使用降低了碳含量的不易敏化的SUS316L、SUS304L等奥氏体系不锈钢。但是，奥氏体系不锈钢存在如下问题：由于含有大量Ni而导致成本高；由于热膨胀大，因此，像排气歧管周围部件那样，因高温下剧烈的振动而承受约束力的使用环境下的疲劳特性、高温下的热疲劳特性低。

因此，研究了在废热回收器、EGR冷却器的热交换器部分使用奥氏体系不锈钢以外的钢。

例如，在专利文献1中，作为废热回收器的热交换器构件，公开了添加有Mo、Ti、Nb并且进一步降低了Si和Al含量的铁素体系不锈钢。在此公开了：通过添加Ti、Nb，使钢中的C和N形成Ti和Nb碳氮化物而使其稳定化，从而防止敏化，并且通过降低Si和Al含量来改善钎焊性。