JP4257984B2

JP4257984B2 - 耐食性・耐熱性に優れたｅｇｒシステム構成部品用のろう材および該ろう材を用いてろう付けされた耐食性・耐熱性に優れたｅｇｒクーラ

Info

Publication number: JP4257984B2
Application number: JP01846499A
Authority: JP
Inventors: 元治杉山
Original assignee: Usui Co Ltd
Current assignee: Usui Co Ltd
Priority date: 1999-01-27
Filing date: 1999-01-27
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2019-01-27
Also published as: JP2000218389A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＥＧＲシステムの構成部品、例えばＥＧＲクーラを組立てるために用いる耐硫酸腐食性に優れたろう材およびこのろう材を用いてろう付けされたＥＧＲクーラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
排気ガスの一部を排気系から取出して、再びエンジンの吸気系に戻し、混合気に加える方法は、ＥＧＲ（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気再循環）システムと称される。ＥＧＲはＮＯｘ（窒素酸化物）の発生抑制、ポンプ損失の低減、燃焼ガスの温度低下に伴う冷却液への放熱損失の低減、作動ガス量・組成の変化による比熱比の増大と、これに伴うサイクル効率の向上など、多くの効果が得られることから、排気ガスを浄化しながらエンジンの熱効率を改善するには有効な方法とされている。
そしてこのようなＥＧＲシステムは一般にＥＧＲ配管、ＥＧＲバルブなどにより構成されている。
【０００３】
しかるに、ＥＧＲガスの温度が高くなりかつＥＧＲガス量が増大すると、その熱作用によりＥＧＲバルブの耐久性が劣化し、早期破損を招く場合があったり、その防止のために水冷構造とする必要があることや吸気温度の上昇に伴い充填効率の低下による燃費の低下などが認識されている。このような事態を避けるため、エンジンの冷却液などによってＥＧＲガスを冷却するクールドＥＧＲシステムが用いられている。このクールドＥＧＲシステム用のＥＧＲクーラとしては、一般にオーステナイト系ステンレス鋼製の多管式の熱交換器（特開平９−８９４９１号公報参照）やプレート式の熱交換器（特開平１０−８９８８０号公報参照）が利用される。
【０００４】
さてこのようなクールドＥＧＲシステムにおける構成部品、特にＥＧＲクーラを組立てる際のろう付けには、従来ＪＩＳＺ３２６５に規定されたＢＮｉ−５、すなわちＣｒ：１８．０〜１９重量％、Ｓｉ：９．５〜１０．５０重量％、Ｂ：０．０３重量％以下、Ｃ：０．１０重量％以下、Ｐ：０．０２重量％以下、残部Ｎｉからなるろう材が用いられていた。
【０００５】
しかしながらこのろう材の融点は約１０８０〜１１３５℃であり、またろう付け作業温度は１１５０〜１２０５℃程度であるため、高温でのろう付け作業を必要とし、このような高温でろう付け作業を実施した場合には母材の劣化とともに、クロームカーバイドの析出により耐食性が低下するために、より低温でのろう付け作業が可能なろう材が求められた。このような要請に基づいて現在はＪＩＳＺ３２６５に規定されたＢＮｉ−２、すなわちＣｒ：６．０〜８．０重量％、Ｂ：２．７５〜３．５０重量％、Ｓｉ：４．０〜５．０重量％、Ｆｅ：２．５〜３．５重量％、Ｃ：０．０６重量％以下、Ｐ：０．０２重量％以下、残部Ｎｉからなり、融点が約９７０〜１０００℃（ろう付け作業温度：１０１０〜１１７５℃）のろう材が用いられるようになってきた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしＥＧＲシステムでは排気ガスが循環するために、該排気ガスが冷却されて結露した時に生成される硫酸を含有する凝縮水によりろう材自体およびろうの拡散部分に腐食が起こり、前記したＢＮｉ−２では十分な耐硫酸腐食性を得ることができなかった。
【０００７】
本発明は、前記したＢＮｉ−２のろう付け作業温度とほぼ同程度の作業温度（１０６０〜１１２０℃）でろう付けすることが可能であり、母材の劣化を防止し耐食性を向上するばかりでなく、耐硫酸腐食性にも優れ、さらにろう材の酸化を防止してろう材自体の強度を向上し、また濡れ性を高めたＥＧＲシステムの構成部品用のろう材およびこのろう材を用いてろう付けされ十分な耐久性を有するＥＧＲクーラを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため本発明の第１の実施態様は、第１のろう材としてＣｒ：２０〜３０重量％、Ｐ：３〜１０重量％、Ｓｉ：２〜７重量％、残部Ｎｉからなるろう材に、第２のろう材としてＣｒ：１０〜１５重量％、Ｐ：７〜１２重量％、残部Ｎｉからなるろう材を２〜１５重量％添加してなる耐食性・耐熱性に優れたＥＧＲシステムの構成部品用のろう材を特徴とするものである。
【００１０】
さらに本発明の第２の実施態様は、前記第１の実施態様に係る前記ろう材を用いてろう付けされた耐食性・耐熱性に優れたＥＧＲクーラを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施態様に係るＥＧＲシステムの構成部品用のろう材は、第１のろう材としてＣｒ：２０〜３０重量％、Ｐ：３〜１０重量％、Ｓｉ：２〜７重量％、残部Ｎｉからなるろう材に、第２のろう材としてＣｒ：１０〜１５重量％、Ｐ：７〜１２重量％、残部Ｎｉからなるろう材を２〜１５重量％添加してなることを特徴とする。
前記ろう材において、Ｃｒは主として耐硫酸腐食性を向上するために添加するものであるが、Ｃｒが３０重量％を超えると、融点が高くなり母材の劣化や耐食性の低下が発生し、また連続炉などによるろう付けができないため生産性が悪化し、一方２０重量％未満では、耐硫酸腐食性が低下してＥＧＲクーラとしての耐久性を発揮できない。
またＰは主として融点を下げるために添加するが、上限を超えるか、あるいは下限未満では融点が高くなり母材の劣化や耐食性が低下するので、３〜１０重量％の添加範囲とする。
そしてＳｉは主としてろう材自体の強度を向上するために添加するものであるが、７重量％を超えるとろう材が脆くなり、また酸化し易くなってしまい、一方２重量％未満ではろう材自体の強度が不足して、この部分から割れや亀裂が発生する。
本発明の第１の実施態様に係るろう材によれば、ろう付け強度を損なうことなく融点を９７０〜１０８０℃（ろう付け作業温度１０６０〜１１２０℃）に下げることが可能となる。
【００１３】
第２のろう材は、前記第１のろう材の酸化を抑制し濡れ性を促進するために添加するものであり、第２のろう材を添加することにより、ろう材全体の融点を約１００℃程度低下させて、融点を８９０〜９８０℃程度（ろう付け作業温度：９５０〜１０５０℃）で実施できるようにしたものである。しかし第２のろう材の添加量が多過ぎると製品の母材へのエロージョン・コロージョン現象が発生するために、２〜１５重量％の範囲で添加する必要がある。２重量％未満では前記効果、すなわち酸化の抑制と濡れ性の改善の効果がなく、一方１５重量％を超えて添加すると製品の母材へのエロージョン・コロージョン現象が発生する。
第２のろう材においてＣｒは、前記第１のろう材の耐硫酸腐食性を向上するために添加するものであるが、添加量が１５重量％を超えると、融点が上昇し母材の劣化や耐食性が低下し、一方１０重量％未満では、耐硫酸腐食性が低下してしまう。
また第２のろう材において、Ｐは融点の低下と濡れ性の向上のために添加するが、１２重量％を超えたり、あるいは７重量％未満であると、前記した効果を発揮することができない。
【００１４】
前記第１のろう材と第２のろう材を使用する方法としては、
（ａ）両者のろう材を粉体として混合して使用する。
（ｂ）両者のろう材をペーストにして混合して使用する。
（ｃ）両者のろう材をペーストあるいは箔にしてそれぞれを積層して使用する。
などの方法を適宜採用することができるが、前記（ｃ）の方法の場合には、前記第１のろう材を下層とし、第２のろう材を上層として積層すると、融点の低い第２のろう材が初めに溶融して前記第１のろう材の表面を覆う形になるために好ましい。
【００１５】
このような第１の実施態様に係る第１のろう材および第２のろう材を用いて多管式のＥＧＲクーラやプレート式のＥＧＲクーラをろう付けすることを特徴とするのが本発明の第２の実施態様である。
ここで、多管式のＥＧＲクーラにおける伝熱管の材質としては、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３２１などのオーステナイト系ステンレス鋼などが用いられ、外径は６．３５ｍｍや５．００ｍｍで、長さは１２０〜６００ｍｍ程度のものが多いが特に長さの制限はない。胴管やチューブシートも前記と同様の材質やこれら相当のＳＣＳ鋳物とすることができる。
またプレート式のＥＧＲクーラにおける平板や波板も前記と同様の材質である。
【００１６】
【実施例】
以下本発明の実施例を比較例とともに説明する。
［実施例１］
端部キャップがＳＣＳ１３製精密鋳造の鋳物からなり、かつチューブシート、胴管および伝熱管がＳＵＳ３０４からなり、外径６．３５ｍｍ、長さ２５０ｍｍの寸法を有する伝熱管を３０本胴管に内設してなるディーゼル車のＥＧＲガスを冷却するための多管式のＥＧＲクーラを下記条件にてろう付けした。
Ｃｒ：２５重量％、Ｐ：８重量％、Ｓｉ：６重量％、残部Ｎｉからなるろう材粉をバインダーに添加してペースト状とし、該ペースト状としたろう材を用いて水素ガス雰囲気下でろう付け作業温度１１００℃で連続炉においてろう付けした。このようにしてろう付けして得られたＥＧＲクーラについて下記する５％硫酸耐食試験を実施した。
硫酸：５重量％（残部蒸留水）
液温度：８０℃
方法：液中に浸漬（液は撹拌する）
判定：２４時間浸漬後に腐食減量（重量）を判定する
前記した５％硫酸耐食試験後の判定結果を下記する図１および図２に示す。
これら図から分かる通り、ろう材および母材のろう拡散部の腐食は殆どなく優れた耐硫酸腐食性を有するものであった。
【００１７】
［実施例２］
前記実施例１と同様なＥＧＲクーラを下記条件にてろう付けした。
まず実施例１のペースト状としたろう材を第１のろう材として下層に施し、ついでＣｒ：１２重量％、Ｐ：８重量％、残部Ｎｉからなる第２のろう材粉をバインダーに添加して実施例１と同様にペースト状としてなるろう材を上層に施して積層するとともに、前記第１のろう材と第２ろう材を９０重量％：１０重量％の割合となるようにして水素ガス雰囲気下でろう付け作業温度１０００℃で連続炉においてろう付けした。
このようにしてろう付けして得られたＥＧＲクーラについて実施例１と同様な５％硫酸耐食試験をした後、判定結果を下記する図１および図３に示す。
これら図から分かる通り、ろう材および母材のろう拡散部の腐食は殆どなく優れた耐硫酸腐食性を有するものであった。
【００１８】
［比較例１］
前記実施例１と同様なＥＧＲクーラを下記条件にてろう付けした。
Ｃｒ：７重量％、Ｂ：３重量％、Ｓｉ：４重量％、Ｆｅ：３重量％、残部ＮｉからなるＪＩＳＺ３２６５に規定されたＢＮｉ−２のろう材粉をバインダーに添加してペースト状とし、該ペースト状としたろう材を用いて水素ガス雰囲気下でろう付け作業温度１０７０℃で連続炉においてろう付けした。
このようにしてろう付けして得られたＥＧＲクーラについて実施例１と同様な５％硫酸耐食試験をした後、判定結果を下記する図１および図４に示す。
これら図から分かる通り、ろう材および母材のろう拡散部が腐食した。すなわちろう自体も腐食され、かつ母材もボロンが拡散しているために腐食されていた。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べた通り本発明によれば、ＪＩＳＺ３２６５に規定するＢＮｉ−２のろう付け作業温度とほぼ同程度の作業温度（１０６０〜１１２０℃）でろう付けすることができ、母材の劣化を防止し耐食性を向上するばかりでなく、耐硫酸腐食性にも優れ、さらにろう材の酸化を防止してろう材自体の強度を向上し、また濡れ性を高めたＥＧＲシステムの構成部品用のろう材およびこのろう材を用いてろう付けされ十分な耐久性を有するＥＧＲクーラを提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】５％硫酸腐食試験を実施した後の、本発明の実施例と比較例の判定結果を示すグラフである。
【図２】実施例１により得られたろう付け部の金属組織を示す顕微鏡写真で、（ａ）は３８倍の腐食試験前を示す図、（ｂ）は３８倍の腐食試験後を示す図、（ｃ）は（ｂ）を拡大したもので、１００倍の倍率にした図である。
【図３】実施例２により得られたろう付け部の金属組織を示す顕微鏡写真で、（ａ）は３８倍の腐食試験前を示す図、（ｂ）は３８倍の腐食試験後を示す図、（ｃ）は（ｂ）を拡大したもので、１００倍の倍率にした図である。
【図４】比較例により得られたろう付け部の金属組織を示す顕微鏡写真で、（ａ）は３８倍の腐食試験前を示す図、（ｂ）は３８倍の腐食試験後を示す図、（ｃ）は（ｂ）を拡大したもので、１００倍の倍率にした図である。

Claims

第１のろう材としてＣｒ：２０〜３０重量％、Ｐ：３〜１０重量％、Ｓｉ：２〜７重量％、残部Ｎｉからなるろう材に、第２のろう材としてＣｒ：１０〜１５重量％、Ｐ：７〜１２重量％、残部Ｎｉからなるろう材を２〜１５重量％添加してなることを特徴とする耐食性・耐熱性に優れたＥＧＲシステム構成部品用のろう材。
請求項１記載のろう材を用いてろう付けされたことを特徴とする耐食性・耐熱性に優れたＥＧＲクーラ。