KR101570636B1 - 페라이트계 스테인리스 강 - Google Patents

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Abstract

본원은 자동차 배기 매니폴드들과 같은 구성품들에 대하여, 고온 서비스에 사용하기 위해서, 향상된 고온 강도 및 양호한 높은 사이클 내피로성, 내크리프성 및 내산화성을 가진 페라이트계 스테인리스 강에 관한 것으로서, 상기 페라이트계 스테인리스 강은, 0.03 중량% 미만의 탄소, 0.05 ~ 2 중량% 규소, 0.5 ~ 2 중량% 망간, 17 ~ 20 중량% 크롬, 0.5 ~ 2 중량% 몰리브덴, 0.2 중량% 미만의 티타늄, 0.3 ~ 1 중량% 니오븀, 1 ~ 2 중량% 구리, 0.03 중량% 미만의 질소, 0.001 ~ 0.005 중량% 붕소, 화학적 조성의 잔부로서 상기 스테인리스 강들에서 발생하는 불가피한 불순물들과 철을 함유한다.

Description

페라이트계 스테인리스 강 {FERRITIC STAINLESS STEEL}
본 발명은, 자동차 배기 매니폴드들과 같은 구성품들에 대하여, 향상된 고온 강도 및 양호한 높은 사이클 내피로성, 내크리프성 및 내산화성 뿐만 아니라 고온 서비스에 사용하기 위한 내부식성을 가진 페라이트계 스테인리스 강에 관한 것이다.
0.03 중량% 미만의 탄소, 17.5 ~ 18.5 중량% 크롬, 0.1 ~ 0.6 중량% 티타늄, 1 중량% 미만의 규소, 1 중량% 미만의 망간, 및 (3 x C + 0.30) ~ 1.0 중량% 니오븀 (C 는 중량% 로 탄소 함량임) 함량을 포함하는 표준화된 페라이트계 스테인리스 강 EN 1.4509 은, 통상적으로, 자동차 산업 및 열교환기들과 같은 공정 장비에서 관형 제품들에 대하여 사용된다. 승온 (최대 850 ℃) 에서 높은 기계적 강도는 배기 시스템의 전방 단부 (엔진에 근접) 에 사용하는데 적합한 이런 페라이트계 스테인리스 강 재료를 형성한다. 더욱이, 첨가된 크롬은 오히려 양호한 부식 특성들을 부여하여, 이는 강 EN 1.4509 를 자동차 배기 시스템에서의 머플러들에 사용하기에 또한 적합하도록 만든다. 항복 강도 (proof strength) (Rp0.2) 는 약 300 ~ 350 MPa 이고, 인장 강도 (Rm) 는 약 430 ~ 630 MPa 이다.
일본특허출원 제 2001-316773 호는, 0.003 ~ 0.02 % C, 0.02 % 미만의 N, 0.1 ~ 2 % Si, 3 % 미만의 Mn, 0.04 % 미만의 P, 0.02 % 미만의 S, 10 ~ 25 % Cr, 1 ~ 2.5 % Al, Ti: 3 x (C + N) ~ 20 x (C + N) % 및 Al + 0.5 x Si: 1.5 ~ 2.8 %, 및 잔부는 불가피한 불순물들과 Fe 를 포함하는 조성을 가진 촉매 담체 (catalyst carrier) 용 내열성 페라이트계 스테인리스 강에 관한 것이다. 더욱이, 0.1 ~ 2.5 % Mo, 0.1 ~ 2.5 % Cu, 0.1 ~ 2.5 % Ni, 0.01 ~ 0.5 % Nb, 0.05 ~ 0.5 % V, 0.0005 ~ 0.005 % B, 0.0005 ~ 0.005 % Mg, 0.0005 ~ 0.005 % Ca, 및 0.001 ~ 0.01 % 희토류 금속들로부터 선택된 1 종 이상의 원소들의 첨가 및 표면에 가공 경화층 (work-hardened layer) 의 사용이 바람직하다.
일본특허출원 제 2008-285693 호에는 장시간 동안 약 950℃ 의 온도에 배치되도록 자동차 배기 시스템의 구성품용 양호한 열적 내피로성을 가진 페라이트계 스테인리스 강이 개시되어 있다. 이 강은, 0.02 중량% 이하의 C, 1.5 중량% 이하의 Si, 1.5 중량% 이하의 Mn, 0.04 중량% 이하의 P, 0.03 중량% 이하의 S, 0.2 ~ 2.5 중량% Al, 0.02 중량% 이하의 N, 13 ~ 25 중량% Cr, 0.5 중량% 이하의 Ni, 0.5 중량% 이하의 V, 0.5 초과 ~ 1.0 중량% Nb, 3 x (C + N) ~ 0.25 중량% Ti, 및 잔부는 불가피한 불순물들과 Fe 를 포함한다. 강 시트는 0.0003 ~ 0.0050 중량% B, 0.3 ~ 2.5 중량% Mo 및 0.1 ~ 2.0 중량% Cu 를 더 포함할 수 있다.
일본특허출원 제 2001-316773 호 및 제 2008-285693 호에서 페라이트계 스테인리스 강들은, 탈산화 원소로서 뿐만 아니라 고용체 강화 원소로서 그리고 강 표면에 보호성 산화물 필름 형성을 향상시키기 위해서 알루미늄을 포함한다. 하지만, 과잉의 알루미늄 함량은 강의 가공성 (processability) 을 감소시킬 것이고, 그리하여 강을 제조하기 어렵게 만들고 그리고 제조 비용들을 증가시킨다.
일본특허공개 제 2009-197307 호에는, 0.015 중량% 미만의 C, 0.1 중량% 미만의 Si, 2.0 중량% 미만의 Mn, 14 ~ 20 중량% Cr, 1.0 중량% 미만의 Ni, 0.8 ~ 3.0 중량% Mo, 1.0 ~ 2.5 중량% Cu, 0.015 중량% 미만의 N, 0.3 ~ 1.0 중량% Nb, 0.01 ~ 0.3 중량% Al, Mo 와의 전체량에 있어서 1.0 ~ 5.0 중량% W ((Mo + W) 의 합은 3.0 ~ 5.8 중량% 범위임), 선택적으로 0.25 중량% 미만의 Ti, 0.0005 ~ 0.003 중량% B, 0.5 중량% 미만의 V, 0.5 중량% 미만의 Zr, 0.08 중량% 미만의 REM (희토류 금속) 및 0.5 중량% 미만의 Co 를 포함하는 페라이트계 스테인리스 강이 개시되어 있다. 이러한 스테인리스 강에 있어서, 규소 함량은 매우 낮다. 더욱이, 몰리브덴과 텅스텐의 함량들의 합은 3.0 ~ 5.8 중량% 이다. 이러한 몰리브덴과 텅스텐의 함량들의 합은 단지 선택적인 것이 아니다. 몰리브덴과 텅스텐은 값비싼 원소들로 생각되고 그리고 이러한 원소들을 대량으로, 예를 들어 3 % 이상 첨가하면 제조 비용을 매우 높게 만든다.
일본특허공개 제 2009-235572 호는, 0.015 중량% 미만의 C, 0.2 중량% 미만의 Si, 0.2 중량% 미만의 Mn, 16 ~ 20 중량% Cr, 0.1 중량% 미만의 Mo, 1.0 ~ 1.8 중량% Cu, 0.015 중량% 미만의 N, 0.15 중량% 미만의 Ti, 0.3 ~ 0.55 중량% Nb, 0.2 ~ 0.6 중량% Al, 선택적으로 0.5 중량% 미만의 Ni, 0.003 중량% 미만의 B, 0.5 중량% 미만의 V, 0.5 중량% 미만의 Zr, 0.1 중량% 미만의 W, 0.08 중량% 미만의 REM (희토류 금속) 및 0.5 중량% 미만의 Co 의 화학적 조성을 가진 페라이트계 스테인리스 강에 관한 것이다. 또한, 상기 일본특허공개에서, 스테인리스 강은 알루미늄으로 인해 특별한 처리로 제조되기 때문에 이러한 종류의 스테인리스 강의 제조는 보다 복잡하고 또한 보다 값비싸게 만드는 하나의 합금 성분으로서 알루미늄을 사용한다. 이러한 강은 또한 규소에 대한 매우 낮은 함량을 가지고 그리고 이는 주기적인 내산화성을 향상시키지만 규소가 매우 유리한 것으로 알려진 등온 내산화성에 있어서 변화들에 대해서는 어떠한 개시도 없다.
한국특허공개 제 2012-64330 호에는, 0.05 중량% 미만의 C, 1.0 중량% 미만의 Si, 1.0 중량% 미만의 Mn, 15 ~ 25 중량% Cr, 2.0 중량% 미만의 Ni, 1.0 중량% 미만의 Mo, 1.0 중량% 미만의 Cu, 0.05 중량% 미만의 N, 0.1 ~ 0.5 중량% Nb, 0.001 ~ 0.01 중량% B, 0.1 중량% 미만의 Al, 0.01 ~ 0.3 중량% V, 0.01 ~ 0.3 중량% Zr 의 화학적 조성을 가진 페라이트계 스테인리스 강이 개시되어 있다. 이 한국특허공개에서는 이러한 페라이트계 스테인리스 강에 대하여 사용되는 하나로서 자동차 배기 매니폴드 부분을 언급한다. 하지만, 이 한국특허공개 제 2012-64330 호에는 자동차 배기 시스템에서 매우 중요한 특성인 높은 사이클 피로에 대해서는 어떠한 개시가 없다. 이는, 높은 사이클 내피로성에 대하여 매우 중요한 구리 함량이 매우 낮다는 것에 기초로 한다.
본 발명의 목적은 선행 기술의 일부 단점들을 해소하고 그리고 자동차 배기 매니폴드들과 같은 구성품들에 대하여 향상된 고온 강도 및 양호한 높은 사이클 내피로성, 내크리프성 및 내산화성이 필요한 조건들에 사용되는 새로운 개선된 페라이트계 스테인리스 강을 얻고, 이러한 페라이트계 스테인리스 강을 비용 효율적으로 제조하는 것이다. 본원의 본질적인 특징들은 첨부된 청구범위에 개시되어 있다.
본 발명에 따라서, 페라이트계 스테인리스 강의 화학적 조성은, 0.03 중량% 미만의 탄소, 0.05 ~ 2 중량% 규소, 0.5 ~ 2 중량% 망간, 17 ~ 20 중량% 크롬, 0.5 ~ 2 중량% 몰리브덴, 0.2 중량% 미만의 티타늄, 0.3 ~ 1 중량% 니오븀, 1 ~ 2 중량% 구리, 0.03 중량% 미만의 질소, 0.001 ~ 0.005 중량% 붕소, 이 화학적 조성의 잔부로서 스테인리스 강들에서 발생하는 불가피한 불순물들과 철이다.
선택적으로, 본원의 페라이트계 스테인리스 강에는 알루미늄, 바나듐, 지르코늄, 텅스텐, 코발트 및 니켈을 함유하는 1 종 이상의 합금 원소들 뿐만 아니라 1 종 이상의 희토류 금속 (REM) 이 첨가될 수 있다.
본원에 따른 페라이트계 스테인리스 강에서, 항복 강도 (Rp0.2) 는 약 450 ~ 550 MPa 이고, 인장 강도 (Rm) 는 약 570 ~ 650 MPa 이다.
본원에 따른 페라이트계 스테인리스 강은 주기적인 조건들하에서 양호한 고온 내부식성, 양호한 고온 강도, 및 양호한 높은 사이클 내피로성을 가진다. 높은 사이클 내피로성은 표준화된 EN 1.4509 페라이트계 스테인리스 강에 대하여 개선되어, 통상적으로 700℃ 에서 60 MPa 크기의 60 MPa 의 평균 응력에 노출되면 본원의 페라이트계 스테인리스 강에서의 수명은 두배 이상으로 된다. 본원에 따른 페라이트계 스테인리스 강은 선행 기술의 강들과 비교할 때 더 얇은 재료에 의한 하중 지지 용량 (load-bearing capacity) 을 가진다. 본원의 페라이트계 스테인리스 강에서의 상기 특성들은, 몰리브덴, 구리 및 붕소를 첨가함으로써 그리고 표준화된 EN 1.4509 페라이트계 스테인리스 강과 비교하여 니오븀 및 티타늄 함량들에 의한 제어된 안정화를 사용함으로써 달성된다.
본원에 따른 페라이트계 스테인리스 강은 또한 염화물 및 황 함유 환경들 둘 다에서 양호한 내부식성을 가진다. 25℃ 의 온도에서 1 M 염화나트륨 (NaCl) 에서 공식 전위 (pitting potential) (Ept) 는 약 300 ~ 450 mVSCE 및 동일한 조건들에서의 리패시베이션 전위 (repassivation potential) (Erp) 는 -80 mVSCE 이다. 30℃ 의 온도에서 0.5 % 황산 (H2SO4) 에서 임계 전류 밀도 (ic) 는 약 0.8 mA/㎠ 이고, 동일한 조건들에서 트랜스패시브 전위 (Etr) 는 약 900 ~ 1000 mVSCE 이다. 본원에 따른 페라이트계 스테인리스 강의 이러한 특성들은 몰리브덴 및 구리를 첨가함으로써 달성되고 그리고 표준화된 EN 1.4509 페라이트계 스테인리스 강과 비교하여 개선된 내부식성을 부여한다.
본원에 따른 페라이트계 스테인리스 강에 있어서 각각의 개별 원소의 효과들 및 함량들은 이하에 설명되고, 함량은 중량% 이다.
탄소 (C) 는 기계적 강도를 유지하는데 중요한 원소이다. 하지만, 대량의 탄소가 첨가되면, 탄화물들이 침전되어, 내부식성을 저감시킨다. 따라서, 본 발명에서 탄소 함량은 0.03 % 미만, 바람직하게는 0.025 % 미만, 보다 바람직하게는 0.02 % 미만으로 제한된다.
규소 (Si) 는 페라이트 안정제이고 그리고 내산화성을 상승시키며 그리하여 내열성 스테인리스 강에 유용하다. 규소는 또한 탈산화 효과를 가지고 그리고 정제에 사용되며, 그리하여 0.05 % 이상의 규소는 불가피하다. 하지만, 규소 함량이 2 % 초과하면, 가공성이 저감된다. 따라서, 본 발명에 있어서 규소의 함량은 0.05 % ~ 2 %, 바람직하게는 0.8 ~ 1 % 로 설정된다.
망간 (Mn) 은 황 유도성 열 취성 (hot shortness) 을 완화하도록 탄소강들에 의도적으로 첨가되며 그리고 통상적으로 스테인리스 강들에 존재한다. 망간이 과잉 함량으로 존재하면, 강은 경질 및 취성 (brittle) 으로 되고, 가공성은 상당히 저감된다. 더욱이, 망간은 오스테나이트 안정제이고, 대량으로 첨가되면, 마르텐사이트 상의 발생을 촉진시켜, 가공성을 열화시킨다. 따라서, 망간의 함량은 본원의 강에서 0.5 ~ 2.0 % 로 설정된다.
크롬 (Cr) 은 내산화성, 증기 내부식성, 배기 가스들에서의 내부식성을 보장하도록 하는 주요 첨가물이다. 크롬은 또한 페라이트 상을 안정화시킨다. 고온에서 고온 내부식성 및 내산화성을 향상시키기 위해서, 17 % 이상의 크롬 함량이 필요하다. 하지만, 과잉의 크롬은 시그마 상 등의 바람직하지 않은 금속간 화합물들의 형성을 선호하여 20 % 로 제한된다. 따라서, 크롬 함량은 17 ~ 20 %, 바람직하게는 18 ~ 19 % 로 설정된다.
몰리브덴 (Mo) 은 크롬처럼 강의 내부식성을 유지하는데 중요한 원소이다. 몰리브덴은 또한 페라이트 상을 안정화시키고 그리고 고용체 경화에 의해 고온 강도를 증가시킨다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 최소한 0.5 % 가 필요하다. 하지만, 대량의 몰리브덴은 시그마 및 카이 상 등의 금속간 화합물들을 발생시키고 그리고 인성, 강도 및 연성을 손상시키며, 그리하여 2 % 로 제한된다. 따라서, 몰리브덴 함량은 0.5 ~ 2 %, 바람직하게는 0.7 ~ 1.8 % 로 설정된다.
구리 (Cu) 는 미세 분산 석출 경화 (fine dispersion precipitation hardening) 에 기초하여, 500 ~ 850℃ 의 온도 범위에서 인장 강도, 항복 강도 및 크리프 강도 및 높은 사이클 내피로성을 향상시키도록 상당한 고용체 경화 효과들을 유도한다. 이러한 효과를 얻기 위해서, 1 % 의 구리 함량이 필요하다. 하지만, 너무 많은 구리는 가공성, 저온 인성 및 용접성을 저하시키고, Cu 의 상한치는 2 % 로 설정된다. 따라서, 구리 함량은 1 ~ 2 %, 바람직하게는 1.2 ~ 1.8 % 로 설정된다.
질소 (N) 는 고온에서 탄질화물들을 통하여 침전물 강화를 보장하도록 첨가된다. 하지만, 과잉 첨가되면, 질소는 가공성 및 저온 인성 및 용접성을 열화시킨다. 본 발명에서 질소 함량은 0.03 % 미만, 바람직하게는 0.025 % 미만, 보다 바람직하게는 0.02 % 미만으로 제한된다.
붕소 (B) 는 고온 가공성 및 크리프 강도를 향상시키도록 소량으로 첨가된다. 붕소의 바람직한 레벨들은 0.001 ~ 0.005 % 이다.
황 (S) 은 공식 내부식성 (pitting corrosion resistance) 에 악영향을 주는 황화물 개재물들을 형성할 수 있다. 그리하여, 황의 함량은 0.005 % 미만으로 제한되어야 한다.
인 (P) 은 고온 가공성을 열화시키고 그리고 내부식성에 악영향을 주는 인화물 입자들 또는 필름들을 형성할 수 있다. 그리하여, 인의 함량은 0.05 % 미만, 바람직하게는 0.04 % 미만으로 제한되어야 한다.
산소 (O) 는 용탕의 표면 에너지를 변화시킴으로써 용입을 향상시키지만 인성 및 고온 연성에 해로운 영향을 줄 수 있다. 본 발명에 대해서 권할만한 최대 산소 레벨은 0.01 % 미만이다.
칼슘 (Ca) 은 첨가물들 또는 희토류 금속들과 함께 스테인리스 강에 주입될 수 있지만 0.003 % 로 제한되어야 한다.
"마이크로-합금" 원소들 티타늄 (Ti) 및 니오븀 (Nb) 은 첨가물들의 그룹에 속하는데, 이는 이들이 낮은 농도들에서도 강들의 특성들을 상당히 변화시키기 때문에 그렇게 부른다. 대부분의 효과들은 탄소 및 질소에 대한 이들의 강한 결합력 (strong affinity) 에 따른다. 니오븀은 고용체 경화에 의해 고온 강도를 증가시키는데 유리하고 또한 소둔 및/또는 용접 동안 페라이트계 입자의 조대화를 방해할 수 있다. 이는 또한 라베스 상 Fe2Nb 의 미세 분산물들을 형성함으로써 내크리프성을 향상시킬 수 있다. 본 발명에 있어서, 니오븀은 0.3 ~ 1 % 범위로 제한되지만, 티타늄은 0.2 % 미만으로 제한된다.
알루미늄 (Al) 은 강 제조시 탈산화제로서 사용되고 그리고 고온 산화를 향상시킬 수 있다. 하지만, 과잉의 첨가는 가공성, 용접성 및 저온 인성을 열화시킨다. 따라서, 알루미늄은 0.2 % 미만으로 제한된다.
바나듐 (V) 은 고온 강도에 기여한다. 하지만, 바나듐의 과잉 사용은 가공성 및 저온 인성을 손상시킨다. 따라서, 바나듐은 0.5 % 미만이어야 한다.
지르코늄 (Zr) 은 고온 강도 및 내산화성을 향상시키는데 기여한다. 하지만, 과잉의 첨가는 인성을 손상시키고 그리고 0.5 % 미만으로 제한되어야 한다.
텅스텐 (W) 은 몰리브덴과 유사한 특성들을 가지고 그리고 가끔 몰리브덴을 대체할 수 있다. 하지만, 텅스텐은 시그마 및 카이 상 등의 금속간 상들을 향상시킬 수 있고 그리고 3 % 미만으로 제한되어야 한다. 텅스텐이 몰리브덴을 대체하면, (Mo + W) 합의 전체량은 3 % 로 제한되어야 할 것이다.
코발트 (Co) 및 니켈 (Ni) 은 저온 인성에 기여하도록 첨가될 수 있다. 코발트와 니켈은 승온에서 입자 성장을 억제하고 그리고 경도 및 고온 강도의 유지를 상당히 향상시킨다. 하지만, 코발트와 니켈의 과잉의 첨가는 냉간 연신을 저하시키고, 그리하여 각각의 원소들 둘 다는 1 % 미만으로 제한되어야 한다.
희토류 금속들 (REM), 예를 들어 세륨 (Ce) 및 이트륨 (Y) 은, 고온 내산화성을 향상시키도록 페라이트계 스테인리스 강에 소량 첨가될 수 있다. 하지만, 희토류 금속의 비율 과잉 첨가는 다른 특성들을 열화시킬 수 있다. 각각의 REM 에 대해서 바람직한 레벨들은 0.01 % 미만이다.
본원에 따른 페라이트계 스테인리스 강은, 냉각 압연된 1.5 mm 두꺼운 시트들로서 제조된 2 개의 실험실 히트들 (A, B) 에서 시험되었다. 기준으로서, 1.4509 페라이트계 스테인리스 강 (C, D) 의 2 개의 실험실 히트들이 또한 시험된다. 일부 시험들에서, 또한 풀 스케일 제조 (1.4509) 로부터 1.4509 페라이트계 스테인리스 강에 대한 값들이 기준으로서 사용된다. 시험된 실험실 히트들의 화학적 조성들은 표 1 에 열거된다.
Figure 112014125517785-pct00001
*본원 범위 밖의 합금
기준 히트들 (C 및 D) 및 본원에 따른 히트들 (A 및 B) 은, 적어도 몰리브덴, 구리 및 티타늄 함량들을 비교할 때 서로 상이하다.
항복 강도들 (Rp0.2, RP1.0) 및 인장 강도 (Rm) 뿐만 아니라 연신은 시험된 재료들에 대하여 결정되었고, 시험 결과들은 표 2 에 도시된다.
Figure 112014125517785-pct00002
본원에 따른 실험실 히트들 (A 및 B) 의 항복 강도 (Rp0.2, Rp1.0) 값들 및 인장 강도 (Rm) 값들은 1.4509 및 풀 스케일 제조 1.4509 페라이트계 스테인리스 강의 실험실 히트들 (C 및 D) 둘 다에 비하여 우수하다.
본원에 따른 페라이트계 스테인리스 강의 내피로성은 높은 사이클 피로 (HCF) 시험에서 시험되었다. 이러한 시험에서, 강의 시편들에는 700℃ 의 온도에서 0.01 의 응력비 (R) 를 가진 맥동 부하가 가해졌다. 이는 응력이 60 MPa 의 크기로 60 MPa 에 유지되었음을 의미한다. HCF 시험들에 관한 시험 결과들은 표 3 에 도시된다.
Figure 112014125517785-pct00003
본원에 따른 페라이트계 스테인리스 강의 내산화성은 다양한 조건들하에서 노들 (furnaces) 및 마이크로 서모밸런스들 (micro thermobalances) 에서 시험되었고, 그 결과들은 표 4 ~ 표 7 에 요약되어 있다. 시험 재료들은 히트들 (A, C) (1.4509 의 실험실 히트) 및 1.4509 의 풀 스케일 제조 히트이었다.
표 4 는 48 시간의 시험 시간에 따라 상이한 온도들에서 산화물의 성장 질량 변화 (growth mass change) 에 대한 결과들을 도시한다.
Figure 112014125517785-pct00004
표 5 에서는, 총 3000 시간의 시험 시간으로 또한 100 시간 및 300 시간에서 중간 평가들을 하여 900℃ 의 온도에서 산화물의 장기간 성장 질량 변화로 인한 결과들을 도시한다.
Figure 112014125517785-pct00005
900℃ 의 온도에서 시험하는 산화물의 주기적인 성장 질량 변화로 인한 결과들은 표 6 에 도시된다. 전체 시험 시간은, 각 사이클마다 900℃ 에서 1 시간 또한 실온에서 15 분으로 하여 300 시간이다. 중간 평가들은 100 시간 및 200 시간 이후에 실시되었다.
Figure 112014125517785-pct00006
표 7 에서는, 168 시간의 총 시험 시간으로 또한 50 시간 및 100 시간에서 중간 평간들을 하여 35% 수분에서 900℃ 의 온도에서 시험하는 산화물의 습식 성장 질량 변화로 인한 결과들을 도시한다.
Figure 112014125517785-pct00007
본원에 따른 실험실 히트 (A) 에 대한 산화물 시험 결과들은, 대부분의 경우들에 있어서, 1.4509 의 실험실 재료 (C) 및 풀 스케일 제조 1.4509 페라이트계 스테인리스 강과 유사하거나 또는 그보다 더 우수하다.
본원의 페라이트계 스테인리스 강의 부식 특성들은, 염화나트륨 (NaCl) 용액에서의 공식 전위를 결정하고 그리고 황산에서의 양극 분극 곡선들 (anodic polarization curves) 을 기록하기 위해서, 동전위 분극 측정들 (potentiodynamic polarization measurements) 을 사용하여 평가되었다. 공식 전위 (Ept) 는, 시험전에 320 그리트로 습식 연삭되고 그리고 적어도 18 시간 동안 공기 중에 둔 1.4509 및 히트 (A) 의 샘플들에 의해 25℃ 의 시험 온도에서 1 M NaCl 에서 평가되었다. 20 mV/min 의 스캔 속도에서 양극 분극은 -300 mVSCE 에서 시작되었고, 공식 전위 및 리패시베이션 전위 (Erp) 는 100 ㎂/㎠ 의 전류 밀도에서 평가되었다. 3 개의 샘플들은 각각의 강 등급에서 측정되었고, 노출된 표면적은 1 ㎠ 이었다. 표 8 에서는, 히트 (A) 및 1.4509 에 대하여 25℃ 에서 1 M NaCl 에서 공식 전위 (Ept) 및 리패시베이션 전위 (Erp) 를 도시한다.
Figure 112014125517785-pct00008
양극 분극 곡선들은 히트 A 및 1.4509 의 샘플들에 의해 30℃ 의 시험 온도에서 5 % 황산 (H2SO4) 에서 기록되었고, 이 샘플들은 측정하기 바로 직전에 320 그리트로 습식 연삭되었다. 20 mV/min 의 스캔 속도에서 양극 분극은 10 분에서의 유지 시간 후에 -750 mVSCE 에서 시작되었다. 패시브 영역에 도달하도록 임계 전류 밀도 (ic) 를 초과해야 한다. 임계 전류 밀도가 낮아질수록, 최대 부식 속도도 낮아진다. 트랜스패시브 전위 (Etr) 는 100 ㎂/㎠ 의 전류 밀도에서 평가되었다. 2 개의 샘플들은 각각의 강 등급에서 측정되었고, 노출된 표면적은 1 ㎠ 이었다. 표 9 에서는 히트 (A) 및 1.4509 에 대해서 30℃ 의 온도에서 0.5 % 황산 (H2S04) 에서 임계 전류 밀도 (ic) 및 트랜스패시브 전위 (Etr) 를 나타낸다.
Figure 112014125517785-pct00009
본 발명을 유발하게 한 일은 No.RFSR-CT-2009-00018 승인 협정하에서 European Community's Research Fund for Coal and Steel (RFCS) 로부터 자금을 투자받았다.

Claims (12)

  1. 자동차 배기 매니폴드들과 같은 구성품들에 대하여, 고온 서비스에 사용하기 위해서, 향상된 고온 강도 및 양호한 높은 사이클 내피로성, 내크리프성 및 내산화성을 가진 페라이트계 스테인리스 강으로서,
    상기 페라이트계 스테인리스 강은, 0 중량 % 초과 0.03 중량% 미만의 탄소, 0.05 ~ 2 중량% 규소, 0.5 ~ 2 중량% 망간, 17 ~ 20 중량% 크롬, 0.5 ~ 2 중량% 몰리브덴, 0 중량 % 초과 0.2 중량% 미만의 티타늄, 0.3 ~ 1 중량% 니오븀, 1 ~ 2 중량% 구리, 0 중량 % 초과 0.03 중량% 미만의 질소, 0.001 ~ 0.005 중량% 붕소, 화학적 조성의 잔부로서 상기 스테인리스 강들에서 발생하는 불가피한 불순물들과 철을 함유하고,
    항복 강도 (Rp0.2) 는 450 ~ 550 MPa 이며,
    25℃ 의 온도에서 1 M 염화나트륨 (NaCl) 에서의 공식 전위 (pitting potential; Ept) 는 300 ~ 450 mVSCE 이고,
    30℃ 의 온도에서 0.5 % 황산 (H2S04) 에서 트랜스패시브 전위 (Etr) 는 900 ~ 1000 mVSCE 인 것을 특징으로 하는, 페라이트계 스테인리스 강.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 페라이트계 스테인리스 강은, 추가로 0.2 중량% 미만의 알루미늄, 0.5 중량% 미만의 바나듐, 0.5 중량% 미만의 지르코늄, 3 중량% 미만의 텅스텐, 1 중량% 미만의 코발트, 1 중량% 미만의 니켈, 및 0.01 중량% 미만의 REM 에서 선택되는 1 종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는, 페라이트계 스테인리스 강.
  3. 제 1 항에 있어서,
    인장 강도 (Rm) 는 570 ~ 650 MPa 인 것을 특징으로 하는, 페라이트계 스테인리스 강.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 페라이트계 스테인리스 강은 0 중량 % 초과 0.025 중량% 미만의 탄소를 함유하는 것을 특징으로 하는, 페라이트계 스테인리스 강.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 페라이트계 스테인리스 강은 0 중량 % 초과 0.02 중량% 미만의 탄소를 함유하는 것을 특징으로 하는, 페라이트계 스테인리스 강.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 페라이트계 스테인리스 강은 18 ~ 19 중량% 크롬을 함유하는 것을 특징으로 하는, 페라이트계 스테인리스 강.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 페라이트계 스테인리스 강은 1.2 ~ 1.8 중량% 구리를 함유하는 것을 특징으로 하는, 페라이트계 스테인리스 강.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 페라이트계 스테인리스 강은 0 중량 % 초과 0.025 중량% 미만의 질소를 함유하는 것을 특징으로 하는, 페라이트계 스테인리스 강.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 페라이트계 스테인리스 강은 0 중량 % 초과 0.02 중량% 미만의 질소를 함유하는 것을 특징으로 하는, 페라이트계 스테인리스 강.
  10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 페라이트계 스테인리스 강은 0.7 ~ 1.8 중량% 몰리브덴을 함유하는 것을 특징으로 하는, 페라이트계 스테인리스 강.
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