上述のように、熱交換器部材等の各種部� ��のコスト低減のためにはフェライト系ステ� ��レス鋼の採用が有利となる。しかし、フェ� ��イト系ステンレス鋼を使用する場合はガス� ��縮水環境での耐食性や水環境での耐すきま� ��食性が懸念される。また、NiやCuろう付け、 黄銅ろう等を用いたトーチろう付けを行う場 合には、1000~1150℃程度の高温に保持されるこ とから、結晶粒の粗大化を抑制するための成 分設計が重要である。すなわち、フェライト 系ステンレス鋼は、このような高温に保持さ れると、結晶粒が成長し粗大化する傾向にあ る。ステンレス鋼中の結晶粒が粗大化すると 、疲労特性が低下し、振動や外部からの衝撃 等により損傷を受けやすくなる。本発明者ら が研究したところによると、このような問題 を回避するためには、フェライト結晶粒の平 均粒径が500μmを超えないことが必要であるこ とが分かった。したがって、ろう付けを施す ことが想定される用途に用いる場合、フェラ イト系ステンレス鋼の組成を、高温において も結晶粒が成長しないようなものに設計する 必要がある。

 フェライト系ステンレス鋼のガス凝縮水� ��境での耐食性や水環境での耐すきま腐食性� ��固溶Nbが有効に働くことを発明者らは見出� �た。ステンレスが腐食によるステンレス表� �を覆っている不動態皮膜が破壊されたとき� �、Nbは不動態皮膜の修復能力が高いことを明 らかにした。

 また、本発明者らはフェライト系ステン� ��ス鋼の結晶粒粗大化抑制にも、固溶Nbは有� �に作用することを見出した。発明者らの研� �により、ろう付け温度の下限を1000℃とした� ��合にフェライト系ステンレス鋼中に結晶粒� ��大化抑制に必要な量の固溶Nbを確保するの� �Nb量が最低0.15%以上必要であることが明らか� ��なった。なお、固溶Nbによる結晶粒粗大化� �制は、後述するドラッグ効果によるものと� �測されるが、これに限られない。

 さらに、Nb添加による結晶粒粗大化の抑制� �、固溶Nbによる他元素の拡散を抑制するドラ ッグ効果による粒粗大化抑制作用の他に、Nb� ��窒化物による粒成長を抑えるピン止め効果� ��大きく働いていると推測される。従って本� ��明における成分設計では、C、N含有量をあ� �程度確保するほうが有利である。具体的に� �CとNの合計含有量を0.01%以上とすることがよ� ��効果的である。また、Nb含有量を十分確保� �ることにより、Fe ₂ Nb(Laves 相)やFe ₃ NbCなどの析出物によるピン止め効果も結晶粒 粗大化の抑制に有効に作用すると考えられる 。ろう付け時の結晶粒粗大化が抑制されるこ とによって靭性や延性低下防止に効果がある 。

 以下に、ドラッグ効果、ピン止め効果につ� ��て説明する。
〔ドラッグ効果〕
 結晶粒が成長するときには結晶粒界の移動� ��伴う。結晶粒界に集積しやすい固溶元素や� ��純物元素がマトリクス中に含まれていると� ��結晶粒界は、それらの原子を引き連れて移� ��しなくてはならず、その移動が困難になる( ドラッグ効果)。本発明者らは、このドラッ� �効果に着目し、結晶粒界にあえて固溶元素� �存在させ結晶粒界の移動を阻害することに� �り、結晶粒成長が抑制できることを見出し� �。そして、フェライト系ステンレス鋼の高� �での結晶粒成長について鋭意研究した結果� �フェライト系ステンレス鋼の場合には、固� �元素の中でもとりわけ固溶Nbが結晶粒成長の 抑制に有効であることを見出した。
 もっとも、NbはC、Nと結合しやすい元素であ るため、ステンレス鋼中のNbのうち、固溶Nb� �なり得るのは、Nb炭窒化物生成に用いられた 残りのNbである。したがって、ステンレス鋼� ��の固溶可能なNb量は、下記式のようにA値を� ��いて表すことができる。
A = Nb - (C×92.9/12 + N×92.9/14)
 なお、上式において、C、Nは、それぞれ、� �テンレス鋼中のC、Nの含有量(質量%)を表す。

 ただし、フェライト系ステンレス鋼にTiが� �まれる場合、Nは主にTiNを形成するため、Nb� �化物はほとんど形成されない。一方、炭化� �はTi、Nbいずれも同じ確率で形成することか� ��、Tiの含有量(モル)がCとNの含有量(モル)の� �計より多い(Ti含有量(モル)>C含有量(モル)+N 含有量(モル))場合には、固溶可能なNb量は、� ��記式のようにA’値を用いて表すことができ る。
A’ = Nb - C×(92.9/12)/2

 そして、フェライト系ステンレス鋼の高温� ��熱時における固溶Nbによるドラッグ効果は� �A値あるいはA’値(フェライト系ステンレス� �にTiがCとNの含有量の合計量より多く含まれ� ��場合)で表される固溶可能なNb量が0.10以上で あるときに有効に発現し、粒界移動が抑制さ れ、その結果、フェライト系ステンレス鋼の 高温時(ろう付け時等)の結晶粒粗大化を抑制� ��きることが分かった。
 A値、A’値は、0.2以上であることが好まし� �、0.25以上であることがさらに好ましい。

〔ピン止め効果〕
 金属マトリクス中に析出物が微細分散して� ��るとき、それらは転位の運動の障害となり� ��わゆる析出強化現象を引き起こすことが知� ��れているが、高温時にはこれらの析出物が� ��界移動を抑制することが分かった(ピン止め 効果)。
 ピン止め効果の度合については、析出物の� ��大径をd(μm)、析出物の体積率(%)をfとして、 d/fで表すことができる。析出物が小さく、量 が多いほうがピン止め効果は高い。発明者ら は析出物の体積率fが0.05~0.20%の鋼を用い、析� ��物の直径d(μm)を変えた場合の結晶粒粗大化� ��評価し、d/fが5以上になるとろう付け処理に よってステンレス鋼の結晶粒径が500μm以上に なることを発見した。したがって、本発明に おいては、d/fが5以下になるように析出物の� �と径を制御することが好ましい。言い換え� �と、個々の析出物の粒子径が小さく、かつ� �析出物のトータルの体積率が大きくするほ� �、ピン止め効果が大きくなる。
 なお析出物を微細に分散させるためには、� ��テンレス鋼の製造時における昇温中や冷却� ��の析出物粗大化を抑制することが重要であ� ��。熱延工程では巻取り温度を750℃未満とし� ��焼鈍工程では600℃から最高到達材温Tmまで� �平均昇温速度を10℃/s以上、かつTmから600℃� �での平均冷却速度を10℃/s以上にコントロー� ��することにより、最大径が0.25μm以下の析出 物を得られることがわかった。この場合、体 積率fが0.05以上であれば本発明で必要なピン� ��め効果が得られる。
 したがって、本発明においては、析出物の� ��大径dが0.25μm以下、析出物の体積率fが0.05%� �上となるように制御することが好ましい。

 ここで、析出物の最大径d(μm)とは、鋼材断� ��を研磨したときの断面に現れる析出物の粒� ��径のうちの最大値をいい、粒子径とは、粒� ��に外接する面積が最小となる外接長方形の� ��辺をいう。また、析出物の体積率f(%)とは、 鋼材断面を研磨したときの断面に現れるすべ ての析出物の面積の合計を、観察視野の面積 で除してパーセンテージに換算したものをい う。なお、いずれの測定の場合においても断 面の観察は、走査型電子顕微鏡(SEM)等により� ��うことができ、観察視野の面積は2×10 ^-2 mm ² 以上とする。 
ピン止め効果に特に有効な析出物としては、 Nb系析出物が挙げられ、例えば、Nb炭化物、Nb 窒化物、Nb炭窒化物(以下、これらをまとめて 「Nb系炭・窒化物」ということもある。)や、 Fe ₂ Nb(Laves相)、Fe ₃ NbC等が挙げられる。

 Nb以外の合金成分については、MoやWがドラ� �グ効果で結晶粒粗大化抑制効果が、TiはTiC等 の析出によってもピン止め効果があることが わかった。
 また、Ni、CoならびにCuは、ろう付け時にフ� ��ライト粒が粗大化した時の靭性低下の抑制� ��極めて有効であることがわかった。一方、T i、Al、Zr、REM、CaはNiろうやCuろう付けを行う� ��に、鋼材表面におけるろう材の流れをを悪� ��する要因を有していることが明らかになっ� ��。これは、ろう付けの加熱時に、鋼材表面� ��これら元素の酸化物が形成されやすいこと� ��原因ではないかと考えられる。ただし、後� ��するようにこれらの元素の含有量を適正範� ��に規制すれば問題ない。

 本発明はこのような知見に基づいて完成� ��たものである。以下に、本発明のフェライ� ��系ステンレス鋼を構成する各合金元素につ� ��て範囲選定理由について説明する。なお、� ��分元素の含有量における「%」は特に断らな い限り「質量%」を意味する。

 C、Nは、Nbと結合して鋼中に添加されたNb� ��消費し、Nb系炭・窒化物を形成する。これ� �の析出物によってNbが消費され固溶可能なNb� ��減少すると、固溶Nbによる耐食性改善効果� �結晶粒抑制効果が阻害される。従って、本� �明ではC含有量は0.03質量%以下に制限する必� �があり、0.025質量%以下であることが望まし� �。また、N含有量も同様に0.03質量%以下に制� �する必要があり、0.025質量%以下であること� �望ましい。

 しかしながら、前述のとおり、Nb系炭・� �化物は、ピン止め効果により、NiやCuろう付� ��時の結晶粒粗大化抑制に寄与しうる。従っ� ��、耐食性を損なわない程度のC、N含有量を� �保することが望ましい。具体的には、ピン� �め効果の観点からは、C、Nの合計含有量を0.0 1%以上とすることが好ましく、C、N、各々の� �素については、C:0.005質量%以上、N:0.005質量%� ��上を確保することが望ましい。

 Siはフェライト系ステンレス鋼の耐孔食� �向上させる元素である。しかし、過剰のSi含 有はフェライト相を硬質化させ、加工性劣化 の要因となる。また、NiやCuろう付け時の濡� �性を劣化させる。そのため、Si含有量は3質� �%以下とする。耐食性向上の観点からは、Si� �含有量は0.1%を超えることが好ましい。Siの� �有量は0.2~2.5質量%の範囲とすることが好まし く、上限は1.5質量%に規制することもできる� �

 Mnは、ステンレス鋼の脱酸剤として使用� �れる。しかしMnは不動態皮膜中のCr濃度を低� ��させ、耐食性低下を招く要因となるので、� ��発明ではMn含有量は低い方が好ましく、2質� ��%以下の含有量に規定される。スクラップを 原料とするステンレス鋼ではある程度のMn混� ��は避けられないので、過剰に含有されない� ��う管理が必要である。

 Pは、母材およびろう付け部の靭性を損な うので低い方が望ましい。ただし、含Cr鋼の� ��製において精錬による脱りんは困難である� ��とから、P含有量を極低化するには原料の厳 選などに過剰なコスト増を伴う。したがって 本発明では一般的なフェライト系ステンレス 鋼と同様に、0.05質量%までのP含有を許容する 。

 Sは、孔食の起点となりやすいMnSを形成し て耐食性を阻害する元素であり、また、S含� �量が高い場合、ろう付け部の高温割れが生� �やすくなるので、S含有量は0.03質量%以下に� �定される。

 Crは、不動態皮膜の主要構成元素であり� �耐孔食性や耐隙間腐食性などの局部腐食性� �向上をもたらす。熱交換器や冷媒廃刊を構� �する配管部材に適用する場合には、Cr含有量 を11%以上とする必要がある。しかし、Cr含有� ��が多くなるとC、Nの低減が難しくなり、機� �的性質や靭性を損ねかつコストを増大させ� �要因となる。したがって本発明ではCr含有量 は11~30%であり、好ましくは17~26質量%とする。

 Nbは、本発明において重要な元素であり� �上述のように耐食性の面では再不動態化能� �に優れ、NiならびにCuろう付け時の結晶粒粗� ��化の抑制に有効に作用する。それは固溶Nb� �ドラッグ効果とともに、Nb炭・窒化物による ピン止め効果が有効に作用する。これらの作 用を十分に発揮させるためには、C、N含有量� ��前記の範囲に規制したうえで、Nb含有量を0. 15質量%以上確保することが重要である。特に NiならびにCuろう付け時の結晶粒粗大化の抑� �にはNb含有量を高めることが効果的であり、 好ましくは0.3%以上、より好ましくは0.4%以上� ��さらには0.5%以上のNb含有量とすることが望� ��しい。ただし、Nb含有量が多くなると、熱� �加工性や鋼材の表面品質特性に悪影響を及� �すようになる。従って、Nb含有量は0.8質量%� �下の範囲に制限される。また、Nbが0.15~0.3質� ��%では比較的低温の1000℃のろう付け温度で� �粒成長抑制の効果はあるが、その効果を安� �させるためにはTiとの複合添加が望ましい。

 Moは、Crとともに耐食性レベルを向上させ るための有効な元素であり、その耐食性向上 作用は高Crになるほど大きくなることが知ら� ��ている。

 Mo、Cu、V、Wは、ステンレス鋼の耐酸性を� ��上させ、耐食性を改善する。さらに、ろう� ��け温度でのフェライト粒の結晶粒粗大化防� ��に効く。Mo、VならびにWについては固溶によ るドラッグ効果と析出物によるピン止め効果 が、Cuについてはそれ自体のεCu相としての析 出によるピン止め効果がある。そのため、本 発明においては、これらの元素のうちの少な くとも1種以上を添加することが好ましい。� �に、これら元素の合計含有量を0.05質量%以上 確保することが効果的である。しかし、これ らの元素を過剰に添加すると熱間加工性に悪 影響を及ぼすようになる。種々検討の結果、 Mo、Cu、V、Wの1種以上を添加する場合は、そ� �合計含有量を4質量%以下に抑える必要がある 。   

 Ti、Alのうち、TiはNbと同様にC、Nとの親和力 が強く微細なTi系炭窒化物を形成して、ろう� ��け時の結晶粒成長を抑制する効果が期待で� ��る。
 Alは、脱酸剤として有効であり、Tiとの複合 添加によってろう付けで酸化した時の耐食性 低下を抑制する。特に、TiとAlの合計含有量� �0.03%以上とすると効果的である。
 しかし、これらの元素はいずれも、多量に� ��有させると熱間加工性や表面特性の低下を� ��く要因となる。また、これらの元素は易酸� ��性元素であるため、仕上焼鈍やろう付けを� ��う際の加熱により、鋼材表面に強固な酸化� ��膜を形成することがあり、その酸化皮膜に� ��りろう付け時のろうの流れが悪くなるなっ� ��り、ろう付け後の接合強度が低下すること� ��ある。黄銅ろうを用いる場合、ろうに含有� ��れるZnの還元作用によってその他の元素の� �化皮膜は除去されるが、Ti、AlはZnよりも酸� �との親和力が強いため、これらの酸化皮膜� �除去することができない。検討の結果、Ti、 Alの1種以上を添加する場合は、酸化皮膜によ る問題を回避するためにその合計含有量(Zrを 含有する場合には、Ti、Al及びZrの合計含有量 )を0.4質量%以下に抑える必要がある。特に、� ��の合計含有量を0.03~0.3質量%の範囲にするこ� ��が効果的であり、0.03~0.25質量%とすることが より望ましい。

 Ni、Coは、ろう付け時にフェライト結晶粒 が粗大化した時の靭性低下の抑制に極めて有 効である。この靭性低下を特性する作用は、 平均結晶粒径が粗大化していない時(例えば� �フェライト結晶粒の平均粒径が500μm以下で� �る場合)においても奏される。したがって、� ��要に応じてこれらの元素の1種以上を含有さ せることができる。靭性低下の抑制という観 点からは、Ni、Coの合計含有量を0.5質量%以上� ��保することがより効果的である。しかし、N i、Coの過剰添加は、高温域でのオーステナイ ト相の生成を招き、熱間加工性に悪影響を及 ぼすので好ましくない。Ni、Coの1種以上を添� ��する場合は、NiとCoの合計含有量を5質量%以� ��の範囲に抑える必要がある。

 以上の組成を有するフェライト系ステン� ��ス鋼は、排ガスの凝縮水や塩素濃度が高い� ��環境での耐食性については、従来の熱交換� ��部材に使用されているオーステナイト系鋼� ��と比較して、問題のないレベルであること� ��確認された。また、NiならびにCuろう付け時 の結晶粒粗大化に対する粒成長抑制効果とろ う付け性が同時に改善されたものである。

 本発明のフェライト系ステンレス鋼は、� ��発明において規定する組成を有する鋼を溶� ��した後、一般的なフェライト系ステンレス� ��と同様にして製造することができる。その� ��、結晶粒粗大化を抑制するためのピン止め� ��果が充分に発揮されるよう、析出物の最大� ��と体積率を制御することが好ましい。

 本発明のフェライト系ステンレス鋼は、具� ��的には、熱間圧延→冷間圧延→仕上焼鈍を� ��む方法により鋼板とすることができる。そ� ��際、以下の[1]および[2]の条件を満たすよう� ��熱間圧延および仕上焼鈍を施すと、ピン止� ��効果が良好に奏される析出分布形態、すな� ��ち、析出物の最大径dが0.25μm以下、かつ析� �物の体積率fが0.05%以上である析出物分布形� �を実現することができる。
[1]熱間圧延において、巻取温度を750℃未満と する。
[2]仕上焼鈍において、昇温過程で600℃から最 高到達温度Tmまでの平均昇温速度を10℃/s以上 とし、かつ冷却過程でTmから600℃までの平均� ��却速度を10℃/s以上とする。

 本発明のフェライト系ステンレス鋼から� ��る鋼板をろう付けして、ステンレス鋼接合� ��にすることにより、熱交換器の部材等の各� ��部材とすることができる。使用するろう材� ��限定はなく、例えば、Niろう、Cuろう、りん 銅ろう、黄銅ろう、銀ろう等、公知のろう材 を用いることができる。本発明のフェライト 系ステンレス鋼は、高温加熱した場合の結晶 粒の粗大化が抑制されているので、特に、り ん銅ろう、黄銅ろう等の、ろう付け温度の高 いろう材を用いるろう付けに供される場合に 有利である。また、ろう付け方法にも限定は なく、トーチろう付け等公知の方法を採用す ることができる。

 本発明のフェライト系ステンレス鋼(板)を� �銅ろうを用いたトーチ付けに供する場合は� �一般的なステンレス鋼と同様、フッ酸とホ� �酸を主成分とするフラックスを用いて表面� �酸化皮膜を除去し、トーチろう付けを行う� �とができる。その際、ろう付け時の基材の� �大到達温度と加熱時間について、[3]および[4 ]の条件を満たすようにすると、析出物によ� �ピン止め効果を有効に発揮させることがで� �、ろう付け後も基材マトリクスの平均結晶� �径が500μm以下に抑えられた、強度特性に優� �たステンレス鋼接合体を得ることができる� �
[3]ろう付け時の基材の最大到達温度を1000℃� �満とする。
[4]ろう付け時の加熱時間を3分未満とする。