KR100676659B1

KR100676659B1 - 내열성 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100676659B1
Application number: KR1020047019453A
Authority: KR
Inventors: 미야자키아츠시; 다카오겐지; 후루키미오사무
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2003-06-02
Publication date: 2007-01-31
Also published as: EP1553198A1; CN100370048C; US7806993B2; EP1873271A1; EP1553198A4; US20050211348A1; CN1662666A; EP1873271B1; WO2003106722A1; KR20050007572A

Abstract

본 발명은, 900℃ 를 초과하는 고온하에서의 사용에 견딜 수 있는, 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

구체적으로는, 소재 성분을 질량% 로, C: 0.02% 이하, Si: 2.0% 이하, Mn: 2.0% 이하, Cr: 12.0∼40.0%, Mo: 1.0∼5.0%, W: 2.0% 초과, 5.0% 이하, Mo 및 W 의 합계량이 질량% 로 (Mo ＋ W) ≥4.3% 이고, Nb: 5(C ＋ N)∼1.0% 및 N: 0.02% 이하를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물의 조성 범위로 조정한다.

Description

내열성 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조 방법 {HEAT-RESISTANT FERRITIC STAINLESS STEEL AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF}

본 발명은, 자동차나 오토바이의 배기관, 촉매 외통재 및 화력 발전 플랜트의 배기 덕트 또는 연료 전지 관련 부재 (예를 들어, 제너레이터, 인터커넥터, 개질기 등) 등과 같은 고온 환경하에서 사용되는 부재에 사용하기에 적합한, 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스강에 관한 것이다.

자동차의 배기계 환경에서 사용되는, 예를 들어 배기 다기관 (exhaust manifold), 배기 파이프 (exhaust pipe), 컨버터 케이스 (converter case) 및 머플러 (muffler) 재에는 성형성과 내열성의 우수함이 요구되고 있다. 현재 이러한 용도에서는, 실온에서 연질이고 성형성이 우수하며, 고온 내력도 비교적 높은, Nb 와 Si 를 첨가한 Cr 함유 강, 예를 들어 Type 429 (14Cr-0.9Si-0.4Nb 계) 강이 많이 사용되고 있다.

그러나, 이 Type 429 강은, 엔진 성능의 향상으로 인해 배기 가스 온도가 현행 온도보다 높은 900℃∼1000℃ 와 같은 고온까지 상승하면, 고온 내력 또는 내산화성이 부족해진다는 문제가 있었다.

이 때문에, 900℃ 에서의 강도가 Type 429 강보다 높고, 우수한 내산화성을 갖는 재료에 대한 요구가 강해지고 있다. 또한, 배기 부재 재료의 고온 강도를 높이는 것은, 부재의 박육화(薄肉化)를 가능하게 하여 자동차 차체의 경량화에 크게 기여할 수 있다는 이점도 있다.

상기 요청에 부응하는 것으로서, 일본 공개특허공보 2000-73147호에는, 배기계 부재의 고온부에서 저온부까지 넓은 범위에 걸쳐 적용이 가능한, 고온 강도, 가공성 및 표면성상(表面性狀)이 우수한 Cr 함유 강이 개시되어 있다. 이 소재는, C: 0.02mass% 이하, Si: 0.10mass% 이하, Cr: 3.0∼20mass%, Nb: 0.2∼1.0mass% 를 함유하는 Cr 함유 강으로서, Si 를 0.10mass% 이하로 저감하여, Fe₂Nb 라베스상 (Laves phase) 의 석출을 억제하고 실온 항복 강도의 상승을 억제하는 동시에, 우수한 고온 강도와 가공성, 또한 양호한 표면성상을 부여하고자 하는 것이다.

또한, 유럽 공개 공보 EP 1207214 A2 에는, C: 0.001% 이상 0.020% 미만, Si: 0.10% 초과 0.50% 미만, Mn: 2.00% 미만, P: 0.060% 미만, S: 0.008% 미만, Cr: 12.0% 이상 16.0% 미만, Ni: 0.05% 이상 1.00% 미만, N: 0.020% 미만, Nb: 10 ×(C＋N) 이상 1.00% 미만, Mo: 0.8% 초과 3.0% 미만, Si ≤1.2 - 0.4Mo 를 만족하는 조건하에서, 그리고 필요에 따라 W: 0.50% 이상 5.00% 이하를 함유하여 라베스상의 석출을 억제하고, 고용 Mo 에 의한 고온 강도 증가 효과를 안정적으로 확보하는 것이 개시되어 있다.

이들 2 가지 기술은, 900℃ 에서의 고온 강도의 향상을 목적으로 하고 있고, 900℃ 에서의 강도 및 내산화성을 평가하고 있다.

그러나, 상기한 바와 같은 배기계 부재라도, 900℃∼1000℃ 와 같은 고온에서의 내산화성, 즉 내고온 산화성면에서 문제를 남기고 있었다.

즉, 엔진 성능을 보다 향상시키기 위해서는 배기 가스 온도가 한층 더 상승되는 것을 피할 수 없지만, 배기 가스 온도가 900℃∼1000℃ 와 같은 고온으로 상승된 경우에는, 현행 재료에서는 이상 산화의 발생 또는 고온 강도 부족과 같은 문제가 새롭게 발생하는 것이다.

여기서, 이상 산화란, 재료가 고온의 배기 가스에 노출된 경우, Fe 산화물이 생성되고, 이 Fe 산화물은 산화 속도가 매우 빠르기 때문에 산화가 급격히 진행되어, 소재가 울퉁불퉁하게 되는 현상을 말한다.

본 발명은, 상기 문제를 유리하게 해결하는 것으로서, 고온 강도 및 내고온 산화성이 우수하고, 또 내고온 염해성도 우수한 페라이트계 스테인리스강을 제안하는 것을 목적으로 한다.

여기서, 고온 염해란, 특히 한랭지에서 노면에 살포된 노면 동결 저지제 중의 염분이나 해안 지방에서의 해수의 염분이 배기 파이프에 부착된 후, 고온으로 가열된 경우에 부식되는 것으로서, 이러한 부식으로 인해 판 두께가 감소해가는 것을 말한다.

그래서, 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위해 예의 연구를 거듭한 결과, W 의 첨가, 특히 Mo 와 W 를 복합 첨가하는 것이 내고온 산화성 및 고온 강도의 개선에 유효하게 기여한다는 지견을 얻었다.

또한, 내고온 염해성의 향상에는, Si 나 Al 의 첨가가 유효하다는 지견을 얻었다.

본 발명은, 상기 지견에 입각한 것이다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

1. 질량% 로, C: 0.02% 이하, Si: 2.0% 이하, Mn: 2.0% 이하, Cr: 12.0∼40.0%, Mo: 1.0∼5.0%, W: 2.0% 초과, 5.0% 이하, Mo 및 W 의 합계량이 질량% 로 (Mo ＋ W) ≥4.3% 이고, Nb: 5(C ＋ N)∼1.0% 및 N: 0.02% 이하를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물인 페라이트계 스테인리스강이다.

2. 상기 1 에 있어서, Si: 0.5∼2.0%, Cr: 12.0∼16.0% 인 페라이트계 스테인리스강이다.

3. 상기 2 에 있어서, 강이 추가로, 질량% 로, Ti: 0.5% 이하, Zr: 0.5% 이하 및 V: 0.5% 이하 중에서 선택한 적어도 1 종을 함유하는 페라이트계 스테인리스강이다.

4. 상기 2 또는 3 에 있어서, 강이 추가로, 질량% 로, Ni: 2.0% 이하, Cu: 1.0% 이하, Co: 1.0% 이하 및 Ca: 0.01% 이하 중에서 선택한 적어도 1 종을 함유하는 조성이 되는 것을 특징으로 하는, 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스강이다.

5. 상기 2 내지 4 중 어느 하나에 있어서, 강이 추가로, 질량% 로, Al: 0.01 ∼7.0% 를 함유하는 페라이트계 스테인리스강이다.

6. 상기 2 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 강이 추가로, 질량% 로, B: 0.01% 이하, Mg: 0.01% 이하 중에서 선택한 적어도 1 종을 함유하는 페라이트계 스테인리스강이다.

7. 상기 2 내지 6 중 어느 하나에 있어서, 강이 추가로, 질량% 로, REM: 0.1% 이하를 함유하는 페라이트계 스테인리스강이다.

8. 상기 1 에 있어서, 강이 추가로, Cr: 16.0% 초과, 40.0% 이하인 페라이트계 스테인리스강이다.

9. 상기 8 에 있어서, 강이 추가로, Mo 및 W 의 합계량이 질량% 로, (Mo ＋ W) ≥4.5% 를 만족하는 페라이트계 스테인리스강이다.

10. 상기 8 또는 9 중 어느 하나에 있어서, 강이 추가로, 질량% 로, Ti: 0.5% 이하, Zr: 0.5% 이하 및 V: 0.5% 이하 중에서 선택한 적어도 1 종을 함유하는 페라이트계 스테인리스강이다.

11. 상기 8, 9 또는 10 중 임의에 있어서, 강이 추가로, 질량% 로, Ni: 2.0% 이하, Cu: 1.0% 이하, Co: 1.0% 이하 및 Ca: 0.01% 이하 중에서 선택한 적어도 1 종을 함유하는 페라이트계 스테인리스강이다.

12. 상기 8 내지 11 중 어느 하나에 있어서, 강이 추가로, 질량% 로, Al: 0.01∼7.0% 를 함유하는 페라이트계 스테인리스강이다.

13. 상기 8 내지 12 중 어느 하나에 있어서, 강이 추가로, 질량% 로, B: 0.01% 이하, Mg: 0.01% 이하 중에서 선택한 적어도 1 종을 함유하는 페라이트계 스 테인리스강이다.

14. 상기 8 내지 13 중 어느 하나에 있어서, 강이 추가로, 질량% 로, REM: 0.1% 이하를 함유하는 페라이트계 스테인리스강이다.

15. 상기 1 내지 14 중 어느 하나에 있어서, 상기 강판이, 열연 강판 또는 냉연 강판인 페라이트계 스테인리스 강판이다.

16. 상기 1 내지 14 의 성분 범위로 조정한 용강을 강 슬래브로 한 후, 열간 압연하고, 필요에 따라서 열연판 소둔 및 산 세척을 실시하는 페라이트계 열연 스테인리스 강판의 제조 방법이다.

17. 상기 16 의 열연 강판에, 추가로 냉간 압연, 소둔 및 산 세척을 실시하는 페라이트계 냉연 스테인리스 강판의 제조 방법이다.

도 1 은 14% Cr-0.8% Si-0.5% Nb 강을 베이스로, Mo 와 W 를 각종 비율로 첨가했을 때의 내고온 산화성에 대해서 Mo ＋ W 량에 의해 정리한 그래프이다.

도 2 는 18% Cr-0.1% Si-0.5% Nb 강을 베이스로, Mo 와 W 를 각종 비율로 첨가했을 때의 내고온 산화성에 대해서 Mo ＋ W 량에 의해 정리한 그래프이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명에 있어서, 성분 조성을 상기 범위로 한정한 이유에 대해서 설명한다. 또, 성분에 관한 「%」표시는 특별히 언급하지 않는 한 질량% 를 의미하는 것으로 한다.

C : 0.02% 이하

C 는, 인성(靭性) 이나 가공성을 열화시키기 때문에, 혼입을 최대한 저감하는 것이 바람직하다. 이 관점에서, 본 발명에서는 C 량을 0.02% 이하로 한정하였다. 보다 바람직하게는, 0.008% 이하이다.

Cr : 12.0∼40.0%

Cr 은, 내식성 및 내산화성을 향상시키는 기본 원소이지만, 그 효과를 얻기 위해서는 12.0% 이상 필요하다. 또, 내식성의 관점에서 14.0% 이상이 바람직하다. 그리고, 더욱 내고온 산화성을 중시하는 경우는, 16.0% 초과하여 함유시키는 것이 바람직하다. 또, 가공성을 중시하는 재료에서는, 바람직하게는 16.0% 이하이다.

또한, 함유량이 40.0% 를 초과하면 재료의 취화(脆化)가 현저해지기 때문에 상한은 40.0% 로 하였다. 보다 바람직하게는, 30.0% 이하, 더욱 바람직하게는, 20.0% 이하이다.

Si: 2.0% 이하

Si 는, 함유량이 2.0% 를 초과하면 실온에서의 강도가 증대하여 가공성을 저하시키기 때문에 상한을 2.0% 로 했다. 또, Cr 이 16.0% 이하인 경우는, 내고온 염해성의 향상에 유효하게 기여하기 때문에, 이 관점에서는 0.5% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.6∼1.2% 의 범위이다.

Mn: 2.0% 이하

Mn 은, 탈산제로서 유효하게 기여하지만, 과잉으로 첨가하면 MnS 를 형성하여 내식성을 저하시키기 때문에 2.0% 이하로 한정하였다. 보다 바람직하게는, 1.0% 이하이다. 또, 내스케일 박리성의 관점에서는 Mn 량이 높을수록 바람직하기 때문에, 이 관점에서는 0.3% 이상 함유시키는 것이 바람직하다.

Mo: 1.0∼5.0%

Mo 는, 고온 강도 뿐만 아니라 내산화성 및 내식성의 향상에 유효하게 기여하기 때문에, 본 발명에서는 1.0% 이상 함유시키는 것으로 하였다. 그러나, 함유량이 너무 많아지면 실온에서의 강도가 증대하여 가공성이 저하되기 때문에 5.0% 를 상한으로 하였다. 보다 바람직하게는, 1.8∼2.5% 의 범위이다.

W: 2.0% 초과, 5.0% 이하

W 는, 본 발명에 있어서 특히 중요한 원소이다. 즉, 상기한 Mo 를 첨가한 페라이트계 스테인리스강에 W 를 복합 함유시킴으로써, 내고온 산화성의 현저한 향상을 도모할 수 있다. 또한, 고온 강도의 향상에도 유효하게 기여한다. 그러나, W 량이 2.0% 이하에서는 그 첨가 효과가 부족하고, 한편 5.0% 를 초과하여 다량 함유시키면 비용 상승을 초래하기 때문에, W 는 2.0% 초과, 5.0% 이하의 범위에서 함유시키는 것으로 하였다. 특히, W 는, 2.6% 를 초과하여 함유시키면 현저하게 고온 강도가 향상되기 때문에, 보다 바람직하게는 2.6% 초과, 4.0% 이하이고, 더욱 바람직하게는 3.0% 이상, 3.5% 이하이다.

(Mo ＋ W) ≥4.3%

후술하는 바와 같이, Mo 와 W 를 복합 함유시킴으로써 내고온 산화성의 현저한 향상을 도모할 수 있다. 이를 위해서는, 이들 원소의 합계량은 4.3% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 4.5% 이상, 보다 바람직하게는, 4.7% 이상, 더욱 바람직하게는, 4.9% 이상이다.

도 1 에, 14% Cr-0.8% Si-0.5% Nb 강을 베이스로, Mo (1.42%-1.98%) 와 W (1.11%-4.11%) 를 각종 비율로 첨가했을 때의 냉연 소둔판의 내고온 산화성에 대해서 조사한 결과를 나타낸다. 또한, 도 2 에, 18% Cr-0.1% Si-0.5% Nb 강을 베이스로, Mo (1.81%-1.91%) 와 W (1.02%-3.12%) 를 각종 비율로 첨가했을 때의 냉연 소둔판의 내고온 산화성에 대해서 조사한 결과를 나타낸다.

내고온 산화성 시험은, 산화를 촉진시키기 위해 1050℃ 에서 평가하였다. 1050℃ 대기 분위기중에 100 시간 유지하고, 이 시험 후의 시험편의 중량 변화에 의해 평가하였다. 이 중량 변화가 작을수록 내고온 산화성이 우수하다는 것을 의미한다. 그리고, 시험 후의 중량 변화가 10㎎/㎠ 이하이면 내고온 산화성이 우수하다고 할 수 있다.

도 1 및 도 2 에 나타낸 바와 같이, Mo ＋ W 를 4.3% 이상 함유시킴으로써, 내고온 산화성이 각별히 향상된다. 또, 내고온 산화성 시험은, 각 냉연 소둔판으로부터 시험편 (2㎜ 두께 ×20㎜ 폭 ×30㎜ 길이) 을 각 2 개씩 채취하고, 이들 시험편을 1050℃ 의 대기 분위기중에 100 시간 유지하였다. 시험 전후에 있어서의 각 시험편의 중량을 측정하여 시험 전후의 중량 변화를 산출하고, 2 개의 평균치를 구하였다.

Nb: 5(C ＋ N)∼1.0%

Nb 는, 고온 강도의 개선에 유효한 원소로서, 이 효과를 발휘시키기 위해서는 C 및 N 량과의 밸런스를 고려하여 5(C ＋ N) 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, 지나치게 다량으로 첨가하면 실온에서의 강도가 증대하여 가공성이 저하되기 때문에, 1.0% 를 상한으로 하였다. 보다 바람직하게는, 0.4∼0.7% 의 범위이다.

N: 0.02% 이하

N 도 C 와 마찬가지로 인성이나 가공성을 열화시키기 때문에, 혼입을 최대한 저감하는 것이 바람직하다. 이 관점에서, 본 발명에서는 N 량을 0.02% 이하로 한정하였다. 보다 바람직하게는, 0.008% 이하이다.

이상, 기본 성분에 대해서 설명했지만, 본 발명에서는 이 밖에도, 이하에 서술하는 원소를 적절히 함유시킬 수 있다.

Ti: 0.5% 이하, Zr: 0.5% 이하 및 V: 0.5% 이하 중에서 선택한 적어도 1 종

Ti, Zr 및 V 는 모두, C 나 N 을 고정하여 내입자계 부식성을 향상시키는 작용이 있고, 이 관점에서는 각각 0.02% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, 함유량이 0.5% 를 초과하면 강재의 취화를 초래하기 때문에 각각 0.5% 이하로 함유시키는 것으로 하였다.

또, 이들 원소는, 고온 강도의 향상에도 유효하기 때문에, 상기한 W 및 후술하는 Cu 를 합한 (W ＋ Ti ＋ Zr ＋ V ＋ Cu) 량은 3% 를 초과하여 함유시키는 것이 바람직하다.

Ni: 2.0% 이하, Cu: 1.0% 이하, Co: 1.0% 이하 및 Ca: 0.01% 이하 중에서 선택한 적어도 1 종

Ni, Cu, Co 및 Ca 는 모두 인성의 개선에 유용한 원소로서, 각각 Ni: 2.0% 이하, Cu: 1.0% 이하, Co: 1.0% 이하, Ca: 0.01% 이하로 함유시키는 것으로 하였다. 특히, Ca 는, Ti 가 함유된 경우, 연속 주조시의 노즐 막힘 방지에도 유효하게 기여한다. 또, 이들 원소의 효과를 충분히 발휘시키기 위해서는, 각각 Ni: 0.5% 이상, Cu: 0.05% 이상, 바람직하게는 Cu: 0.3% 이상, Co: 0.03% 이상, Ca: 0.0005% 이상의 범위로 함유시키는 것이 바람직하다.

Al: 0.01∼7.0%

Al 은, 탈산제로서 유용할 뿐만 아니라, 용접부의 표면에 치밀한 스케일을 형성하여 용접 중에 산소나 질소의 흡수를 방지하므로, 용접부의 인성 향상에도 유효하게 기여한다. 또한, 내고온 염해성의 개선에도 유용한 원소이다. 그러나, 함유량이 0.01% 에 못미치면 그 첨가 효과가 부족하고, 한편 7.0% 를 초과하면 강재의 취화가 현저해지기 때문에, Al 은 0.01∼7.0% 의 범위로 한정하였다. 보다 바람직하게는, 0.5∼7.0% 의 범위이다.

B: 0.01% 이하, Mg: 0.01% 이하 중에서 선택한 적어도 1 종

B 및 Mg 는 모두 2 차 가공 취성의 개선에 유효하게 기여하지만, 함유량이 0.01% 를 초과하면 실온에서의 강도가 증대하여 연성의 저하를 초래하기 때문에, 각각 0.01% 이하로 함유시키는 것으로 하였다. 보다 바람직하게는, B: 0.0003% 이상, Mg: 0.0003% 이상이다.

REM: 0.1% 이하

REM 은, 내산화성의 향상에 유효하게 기여하기 때문에 0.1% 이하로 함유시키는 것으로 하였다. 보다 바람직하게는, 0.002% 이상이다. 또, 본 발명에 있어서 REM 이란, 란타노이드계 원소 및 Y 를 의미한다.

다음으로, 본 발명 강의 바람직한 제조 방법에 대해서 설명한다. 본 발명 강의 제조 조건은 특별히 한정되지 않고, 페라이트계 스테인리스강의 일반적인 제조 방법을 바람직하게 이용할 수 있다.

예를 들어, 상기한 적정 조성 범위로 조정한 용강을, 전로, 전기로 등의 용제로, 또는, 레이들 정련, 진공 정련 등의 정련을 이용하여 용제한 후, 연속 주조법 또는 조괴-분괴법(造塊-分塊法)에 의해 슬래브로 한 다음, 열간 압연한다. 또한 필요에 따라, 열연판 소둔, 산 세척할 수도 있다. 냉연 소둔판을 얻기 위해서는, 그 위에 냉간 압연, 마무리 소둔, 산 세척의 각 공정을 순서대로 거쳐 냉연 소둔판으로 하는 것이 바람직하다.

보다 바람직한 제조 방법은, 열간 압연 공정 및 냉간 압연 공정의 일부 조건을 특정 조건으로 하는 것이 바람직하다. 제강에 있어서는, 상기 필수 성분 및 필요에 따라 첨가되는 성분을 함유하는 용강을, 전로 또는 전기로 등에서 용제하고, VOD 법에 의해 2 차 정련하는 것이 바람직하다. 용제한 용강은 공지의 제조 방법에 따라서 강 소재로 할 수 있지만, 생산성 및 품질의 관점에서 연속 주조법에 따르는 것이 바람직하다. 연속 주조하여 얻어진 강 소재는, 예를 들어 1000∼1250℃ 로 가열되고, 열간 압연에 의해 원하는 판 두께를 갖는 열연판으로 된다. 물론, 판재 이외로 가공할 수도 있다. 이 열연판은, 필요에 따라 600∼800℃ 의 배치식 소둔 또는 900℃∼1100℃ 의 연속 소둔을 실시한 후, 산 세척 등에 의해 탈 스케일되어 열연판 제품으로 된다. 또한, 필요에 따라, 산 세 척 전에 쇼트 블라스트하여 스케일을 제거할 수도 있다.

그리고, 냉연 소둔판을 얻기 위해서는, 상기에서 얻어진 열연 소둔판이 냉간 압연 공정을 거쳐 냉연판으로 된다. 이 냉간 압연 공정에서는 생산상 형편에 의해, 필요에 따라서 중간 소둔을 포함하는 2 회 이상의 냉간 압연을 실시할 수도 있다. 1 회 또는 2 회 이상의 냉간 압연으로 이루어지는 냉연 공정의 총 압하율을 60% 이상, 바람직하게는 70% 이상으로 한다. 냉연판은, 950∼1150℃, 더욱 바람직하게는 980∼1120℃ 의 연속 소둔 (마무리 소둔), 이어서 산 세척을 실시하여 냉연 소둔판으로 된다. 또한, 용도에 따라서는, 냉연 소둔 후에 경미한 압연 (스킨패스 압연 등) 을 가하여 강판의 형상 및 품질을 조정할 수도 있다.

이렇게 제조하여 얻은 열연판 제품, 또는 냉연 소둔판 제품을 사용하고, 각각의 용도에 맞는 굽힘 가공 등을 실시하여, 자동차나 오토바이의 배기관, 촉매 외통재 및 화력 발전 플랜트의 배기 덕트 또는 연료 전지 관련 부재 (예를 들어, 제너레이터, 인터커넥터, 개질기 등) 등으로 성형된다. 이들 부재를 용접하기 위한 용접 방법은 특별히 한정되지 않고 MIG (Metal Inert Gas), MAG (Metal Active Gas), TIG (Tungsten Inert Gas) 등의 통상적인 아크 용접 방법이나, 스폿 용접, 시임 용접 (seam welding) 등의 저항 용접 방법, 및 전봉(電縫) 용접 방법 등의 고주파 저항 용접, 고주파 유도 용접을 적용할 수 있다.

실시예 1

표 1 에 나타내는 성분 조성을 갖는 50㎏ 강괴를 제작하고, 이들 강괴를 1100℃ 로 가열한 후, 열간 압연에 의해 5㎜ 두께의 열연판으로 하였다. 이어서, 이들 열연판에 대하여 열연판 소둔 (소둔 온도: 1000℃)-산 세척-냉간 압연 (냉연 압하율: 60%)-마무리 소둔 (소둔 온도: 1000℃)-산 세척을 순서대로 실시하여, 2㎜ 두께의 냉연 소둔판으로 하였다.

이렇게 얻어진 냉연 소둔판의 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성에 대해서 조사한 결과를 표 2 에 나타낸다.

또, 각 특성은 다음과 같은 방법으로 평가하였다.

(1) 고온 강도

각 냉연 소둔판으로부터 압연 방향을 인장 방향으로 하는 JIS 13 호 B 인장 시험편을 각 2 개씩 채취하고, JIS G 0567 의 규정에 준거하여 인장 온도: 900℃, 변형 속도: 0.3%/min 의 조건으로 인장 시험을 실시하여, 2 개의 시험편의 900℃ 에서의 0.2% 내력을 구했다. 이 900℃ 에서의 0.2% 내력의 값은 높으면 높을수록 바람직하지만, 특히 20MPa 이상이면 고온 강도가 우수하다고 할 수 있다. 바람직하게는, 26MPa 이상이다.

(2) 내고온 산화성

각 냉연 소둔판으로부터 시험편 (2㎜ 두께 ×20㎜ 폭 ×30㎜ 길이) 을 각 2 개씩 채취하고, 이들 시험편을 1050℃ 의 대기 분위기중에 100 시간 유지하였다. 시험 전후에 있어서의 각 시험편의 중량을 측정하고, 시험 전후의 중량 변화를 산출하여 2 개의 평균치를 구했다. 이 중량 변화가 10㎎/㎠ 이하이면 내고온 산화성이 우수하다고 할 수 있다.

(3) 내고온 염해성

각 냉연 소둔판으로부터 시험편 (2㎜ 두께 ×20㎜ 폭 ×30㎜ 길이) 을 각 2 개씩 채취하여 5% 식염수에 1 시간 침지한 후, 700℃ 의 대기 분위기중에서 23 시간 가열하고, 5 분 냉각시키는 공정을 1 사이클로 하였다. 10 사이클 후의 중량 변화를 측정하여, 그 평균치를 구했다. 이 중량 변화가 작을수록 내고온 염해성이 우수하고, 본 발명에서는 중량 변화량 (△w) 이 50 (mg/㎠) 이상인 경우를 E, 40 ≤△w <50 (mg/㎠) 인 경우를 D, 30 ≤△w <40 (mg/㎠) 인 경우를 C, 20 ≤△w <30 (mg/㎠) 인 경우를 B, △w <20 (mg/㎠) 인 경우를 A 라고 평가하였다. 또, 중량 변화량 (△w) 이 50㎎/㎠ 미만인 것을 합격으로 하였다.

표 2 에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 강판은 모두, 고온 강도는 물론, 우수한 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 얻어졌다.

이하, 본 발명의 범위를 벗어난 비교예 및 종래예의 결과에 대해 코멘트한다.

No.1 은, W, W ＋ Mo 량이 본 발명의 범위로부터 벗어나 있고, 내고온 산화성이 떨어진다.

No.14 는, 종래 강인 Type 429 로, Mo, W, W ＋ Mo 가 본 발명의 범위로부터 벗어나 있고, 고온 강도, 내고온 산화성, 내고온 염해성 모두 떨어진다.

No.15 는, Mo 만 본 발명의 범위로부터 벗어나 있고, 내고온 산화성, 내고온 염해성이 떨어진다.

No.16 은, 선행 기술인 EP 1207214 A2 의 표 1 의 No.25 발명예이지만, 본 발명의 범위와 비교하면 Mo ＋ W 가 벗어나 있고, 내고온 산화성이 떨어진다.

실시예 2

표 3 에 나타내는 성분 조성이 되는 50㎏ 강괴를 제작하고, 이들 강괴를 1100℃ 로 가열한 후, 열간 압연에 의해 5㎜ 두께의 열연판으로 하였다. 이어서, 이들 열연판에 대하여 열연판 소둔 (소둔 온도: 1000℃)-산 세척-냉간 압연 (냉연 압하율: 60%)-마무리 소둔 (소둔 온도: 1000℃)-산 세척을 순서대로 실시하여, 2㎜ 두께의 냉연 소둔판으로 하였다.

이렇게 얻어진 냉연 소둔판의 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성에 대해서 조사한 결과를 표 4 에 나타낸다.

또, 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성의 평가는 실시예 1 과 동일하게 하였다.

표 4 에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 강판은 모두, 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수하다. 또한, Al 을 적극적으로 첨가한 No.24, 25 및 30 의 경우에는, 특히 우수한 내고온 염해성도 함께 얻어졌다.

이하, 본 발명의 범위를 벗어난 비교예의 결과에 대해 코멘트한다.

No.21 은, W, W ＋ Mo 가 본 발명의 범위로부터 벗어나 있고, 내고온 산화성이 떨어진다.

No.34 는, Mo 가 본 발명의 범위로부터 벗어나 있고, 내고온 산화성, 내고온 염해성이 떨어진다.

실시예 3

열연판에서의 특성을 조사하였다. 전술한 실시예 1 의 표 1 의 No.2 와 표 3 의 No.22 의 5㎜ 열연판을 1050℃ 에서 소둔한 후, 60℃ 의 혼합산 (질산 15질량% ＋ 플루오르화 수소산 5질량%) 에 침지하고 탈 스케일하여 열연 소둔판을 얻었다. 얻어진 열연 소둔판의 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성의 평가는, 시험편의 두께가 5㎜ 인 것 외에는 실시예 1 과 동일하게 하였다.

그 결과, 표 1 의 No.2 와 표 3 의 No.22 의 고온 강도는, 각각 27MPa, 30MPa, 내고온 산화성은 각각 7㎎/㎠, 6㎎/㎠, 내고온 염해성은 각각 C, D 였다. 열연 소둔판도 냉연 소둔판과 거의 동등한 특성을 가지고 있음을 확인할 수 있었다.

이렇게 해서 본 발명에 의하면, 고온 강도 및 내고온 산화성이 우수하고, 또 내고온 염해성도 우수한 페라이트계 스테인리스강을 안정적으로 얻을 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면, 엔진 성능의 향상에 의해 배기 가스 온도가 900℃ 를 초과하는 자동차 관련 용도에 있어서는 물론이고, 발전 플랜트의 배기 덕트재나 연료 전지 관련 부재 (예를 들어, 제너레이터, 인터커넥터, 개질기 등) 용도에 있어서도 고온에 견딜 수 있는 소재를 안정적으로 공급할 수 있다.

Claims

질량% 로, C: 0.02% 이하, Si: 2.0% 이하, Mn: 2.0% 이하, Cr: 12.0∼40.0%, Mo: 1.0∼5.0%, W: 2.0% 초과, 5.0% 이하, Mo 및 W 의 합계량이 질량% 로, (Mo ＋ W) ≥4.3% 이고, Nb: 5(C ＋ N)∼1.0% 및 N: 0.02% 이하를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물인 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
제 1 항에 있어서, Si: 0.5∼2.0%, Cr: 12.0∼16.0% 인 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
제 2 항에 있어서, 강이 추가로, 질량% 로, Ti: 0.5% 이하, Zr: 0.5% 이하 및 V: 0.5% 이하 중에서 선택한 적어도 1 종을 함유하는 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
제 3 항에 있어서, 강이 추가로, 질량% 로, Ni: 2.0% 이하, Cu: 1.0% 이하, Co: 1.0% 이하 및 Ca: 0.01% 이하 중에서 선택한 적어도 1 종을 함유하는 조성이 되는 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 강이 추가로, 질량% 로, Al: 0.01∼7.0% 를 함유하는 조성이 되는 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 강이 추가로, 질량% 로, B: 0.01% 이하, Mg: 0.01% 이하 중에서 선택한 적어도 1 종을 함유하는 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 강이 추가로, 질량% 로, REM: 0.1% 이하를 함유하는 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
제 1 항에 있어서, Cr: 16.0% 초과, 40.0% 이하인 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
제 8 항에 있어서, Mo 및 W 의 합계량이 질량% 로, (Mo ＋ W) ≥4.5% 를 만족하는 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
제 9 항에 있어서, 강이 추가로, 질량% 로, Ti: 0.5% 이하, Zr: 0.5% 이하 및 V: 0.5% 이하 중에서 선택한 적어도 1 종을 함유하는 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 강이 추가로, 질량% 로, Ni: 2.0% 이하, Cu: 1.0% 이하, Co: 1.0% 이하 및 Ca: 0.01% 이하 중에서 선택한 적어도 1 종을 함유하는 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 강이 추가로, 질량% 로, Al: 0.01∼7.0% 를 함유하는 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 강이 추가로, 질량% 로, B: 0.01% 이하, Mg: 0.01% 이하 중에서 선택한 적어도 1 종을 함유하는 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 강이 추가로, 질량% 로, REM: 0.1% 이하를 함유하는 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강이, 열연 강판인 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강이, 냉연 강판인 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
용강의 조성이, 질량% 로, C: 0.02% 이하, Si: 2.0% 이하, Mn: 2.0% 이하, Cr: 12.0∼40.0%, Mo: 1.0∼5.0%, W: 2.0% 초과, 5.0% 이하, Mo 및 W 의 합계량이 질량% 로, (Mo ＋ W) ≥4.3% 이고, Nb: 5(C ＋ N)∼1.0% 및 N: 0.02% 이하를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지도록 조정하여, 강 슬래브로 한 후, 열간 압연하고, 열연판 소둔과 산 세척을 실시하는 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.
제 17 항에 있어서, 용강이 추가로, 질량% 로, Si: 0.5∼2.0%, Cr: 12.0∼16.0% 인 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.
제 18 항에 있어서, 용강이 추가로, 질량% 로, Ti: 0.5% 이하, Zr: 0.5% 이하 및 V: 0.5% 이하 중에서 선택한 적어도 1 종을 함유하는 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.
제 19 항에 있어서, 용강이 추가로, 질량% 로, Ni: 2.0% 이하, Cu: 1.0% 이하, Co: 1.0% 이하 및 Ca: 0.01% 이하 중에서 선택한 적어도 1 종을 함유하는 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.
제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 용강이 추가로, 질량% 로, Al: 0.01∼7.0% 를 함유하는 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.
제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 용강이 추가로, 질량% 로, B: 0.01% 이하, Mg: 0.01% 이하 중에서 선택한 적어도 1 종을 함유하는 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.
제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 용강이 추가로, 질량% 로, REM: 0.1% 이하를 함유하는 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.
제 17 항에 있어서, 용강이 추가로, 질량% 로, Cr: 16.0% 초과, 40.0% 이하인 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.
제 24 항에 있어서, 용강이 추가로, Mo 및 W 의 합계량이 질량% 로, (Mo ＋ W) ≥4.5% 를 만족하는 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.
제 25 항에 있어서, 용강이 추가로, 질량% 로, Ti: 0.5% 이하, Zr: 0.5% 이하 및 V: 0.5% 이하 중에서 선택한 적어도 1 종을 함유하는 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.
제 24 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서, 용강이 추가로, 질량% 로, Ni: 2.0% 이하, Cu: 1.0% 이하, Co: 1.0% 이하 및 Ca: 0.01% 이하 중에서 선택한 적어도 1 종을 함유하는 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.
제 24 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서, 용강이 추가로, 질량% 로, Al: 0.01∼7.0% 를 함유하는 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.
제 24 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서, 용강이 추가로, 질량% 로, B: 0.01% 이하, Mg: 0.01% 이하 중에서 선택한 적어도 1 종을 함유하는 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.
제 24 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서, 용강이 추가로, 질량% 로, REM: 0.1% 이하를 함유하는 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.
제 17 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 기재된 열연 강판에, 추가로, 냉간 압연, 소둔 및 산 세척을 실시하는 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.
제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강이, 열연 강판인 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강이, 냉연 강판인 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
제 24 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 기재된 열연 강판에, 추가로, 냉간 압연, 소둔 및 산 세척을 실시하는 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.
제 11 항에 있어서, 강이 추가로, 질량% 로, Al: 0.01∼7.0% 를 함유하는 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
제 11 항에 있어서, 강이 추가로, 질량% 로, B: 0.01% 이하, Mg: 0.01% 이하 중에서 선택한 적어도 1 종을 함유하는 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
제 11 항에 있어서, 강이 추가로, 질량% 로, REM: 0.1% 이하를 함유하는 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스강.
제 27 항에 있어서, 강이 추가로, 질량% 로, Al: 0.01∼7.0% 를 함유하는 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.
제 27 항에 있어서, 강이 추가로, 질량% 로, B: 0.01% 이하, Mg: 0.01% 이하 중에서 선택한 적어도 1 종을 함유하는 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.
제 27 항에 있어서, 강이 추가로, 질량% 로, REM: 0.1% 이하를 함유하는 고온 강도, 내고온 산화성 및 내고온 염해성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.