KR102109898B1

KR102109898B1 - 진동 감쇄능이 우수한 저Cr 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102109898B1
Application number: KR1020180073250A
Authority: KR
Inventors: 정일찬; 류승희; 이계만
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2018-06-26
Filing date: 2018-06-26
Publication date: 2020-05-12
Also published as: EP3795711B1; WO2020004710A1; EP3795711A1; EP3795711A4; EP3795711C0; KR20200000942A

Abstract

석출물 제어를 통해 외부 진동에너지를 흡수하는 진동 감쇄능이 우수한 저Cr 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 진동 감쇄능이 우수한 저Cr 페라이트계 스테인리스강은, 중량%로, C: 0.005 내지 0.01%, N: 0.005 내지 0.01%, Si: 0.1 내지 0.9%, Mn: 0.1 내지 0.9%, Cr: 9 내지 14%, Ni: 0.3% 이하, P: 0.04% 이하, S: 0.002% 이하, Ti: 0.15 내지 0.3%, Nb: 0.15 내지 0.3%, Cu: 0.15 내지 0.3%, Al: 0.01 내지 0.05%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, Nb 라베스상(laves phase) 석출물 및 Cu 석출물을 5×10²개/㎟ 이상 포함한다.

Description

진동 감쇄능이 우수한 저Cr 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법 {LOW-Cr FERRITIC STAINLESS STEEL WITH EXCELLENT VIBRATION DAMPING PROPERTY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 외부 진동에너지를 흡수하는 진동 감쇄능이 우수한 저Cr 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법에 관한 것이다.

페라이트계 스테인리스 강재는 고가의 합금원소가 적게 첨가되면서도 내식성이 뛰어나, 오스테나이트계 스테인리스 강재에 비하여 가격 경쟁력이 높다. 특히 9~14%의 저Cr 페라이트계 스테인리스 강재는 원가 경쟁력이 더욱 뛰어나, 상온 내지 800℃의 배가스 온도범위에 대응하는 배기계 부품 등(Muffler, Ex-manifold, Collector cone 등)에 사용되고 있다. 자동차 배기계용 강판은 엔진 또는 기타 주행 시 발생하는 소음 및 진동을 흡수할 수 있어야 하고, 자동차 내부에서 발생하는 배기가스, 비 또는 안개와 같은 외부 환경적 요인에 견딜 수 있어야 하는바, 흡음성 및 내식성이 확보되어야 한다.

이를 해결하기 위해, 고Cr 페라이트계 스테인리스강의 경우 석출물 개수, 고용 C, N 및 개재물 크기와 형태를 조절하여 진동 감쇄능을 향상시키려는 시도가 이루어졌고 그 효과에 대해서 보고된바 있다. 하지만 저Cr 페라이트계 스테인리스강에 특화하여 진동 감쇄능을 향상시키려는 시도 및 성과는 전무한 상황이다.

본 발명의 실시예들은 Nb, Cu 미세 석출상을 활용하여 진동 감쇄능을 극대화한 저Cr 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 진동 감쇄능이 우수한 저Cr 페라이트계 스테인리스강은, 중량%로, C: 0.005 내지 0.01%, N: 0.005 내지 0.01%, Si: 0.1 내지 0.9%, Mn: 0.1 내지 0.9%, Cr: 9 내지 14%, Ni: 0.3% 이하, P: 0.04% 이하, S: 0.002% 이하, Ti: 0.15 내지 0.3%, Nb: 0.15 내지 0.3%, Cu: 0.15 내지 0.3%, Al: 0.01 내지 0.05%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, Nb 라베스상(laves phase) 석출물 및 Cu 석출물을 5×10²개/㎟ 이상 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스테인리스강은 하기 식 (1)을 만족할 수 있다.

(1) (Nb+Cu)/Ti ≥ 1.5

여기서, Nb, Cu, Ti는 각 원소의 함량(중량%)를 의미한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스테인리스강은 하기 식 (2)을 만족할 수 있다.

(2) Nb+Cu ≤ 0.5

여기서, Nb, Cu는 각 원소의 함량(중량%)를 의미한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 Nb 라베스상 석출물은 Fe₂Nb이며, 상기 Nb 라베스상 석출물 및 Cu 석출물의 크기는 1 내지 200㎚일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스테인리스강의 진동감쇄지수(Q-1)는 25℃에서 2.0×10^-4 이상, 300℃에서 2.5×10^-4 이상일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 진동 감쇄능이 우수한 저Cr 페라이트계 스테인리스강 제조방법은, 중량%로, C: 0.005 내지 0.01%, N: 0.005 내지 0.01%, Si: 0.1 내지 0.9%, Mn: 0.1 내지 0.9%, Cr: 9 내지 14%, Ni: 0.3% 이하, P: 0.04% 이하, S: 0.002% 이하, Ti: 0.15 내지 0.3%, Nb: 0.15 내지 0.3%, Cu: 0.15 내지 0.3%, Al: 0.01 내지 0.05%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 페라이트계 스테인리스강 냉연 강판을, (Ac1-10)℃ 이하의 온도에서 냉연 소둔하는 단계; 및 400 내지 600℃로 급냉하여 5분 이상 유지하는 단계;를 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉연 강판은 하기 식 (1)을 만족할 수 있다.

(1) (Nb+Cu)/Ti ≥ 1.5

여기서, Nb, Cu, Ti는 각 원소의 함량(중량%)를 의미한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉연 강판은 하기 식 (2)을 만족할 수 있다.

(2) Nb+Cu ≤ 0.5

여기서, Nb, Cu는 각 원소의 함량(중량%)를 의미한다.

본 발명의 실시예에 따른 저Cr 페라이트계 스테인리스강은 고용 C, N의 움직임에 의한 흡음 메커니즘 및 탄질화물의 석출 억제를 통한 진동 감쇄 메커니즘을 통해 진동 감쇄능을 100% 이상 증대시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 저Cr 페라이트계 스테인리스강은 내식성이 우수하여 자동차 배기계 부품 등에 사용 시 정숙성과 내구성을 확보할 수 있다.

도 1은 Nb 라베스상 석출물 및 Cu 석출물의 개수에 따른 진동감쇄지수의 상관관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 기지 계면의 Nb 라베스상 석출물 및 Cu 석출물 분포를 나타내는 사진이다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명자들은 저Cr 페라이트계 스테인리스강의 진동 감쇄능을 향상시키기 위하여 다양한 검토를 행한 결과, 이하의 지견을 얻을 수 있었다.

흡음 매커니즘(Snoek Effect)은 진동 시 고용되어 있는 C, N가 격자 내에서 위치 변동을 하면서 에너지 손실을 유발하고, 결과적으로 소리를 흡수하게 된다. 고용 C 및 N에 의한 흡음 효과는 고용 C 및 N의 양에 비례하는 특징을 가지고 있으며, 자구벽(Magnetic Domain Wall)에 의한 진동 감쇄 효과는 석출물, 전위 및 내부 응력과 같이 자구벽의 이동을 방해하는 요소가 없을수록 양호해진다.

일반적으로 배기계용 페라이트계 스테인리스강에는 용접부 내식성을 위하여 미량의 Ti, Nb가 첨가되는데, 이러한 Ti, Nb 첨가 페라이트계 스테인리스강의 경우 불가피하게 표층부의 페라이트 기지 내 Ti(C,N) 및 Nb(C,N) 탄질화물이 다량 석출된다. 이러한 Ti(C,N), Nb(C,N) 석출물은 진동 시 진동 감쇄 매커니즘 중 하나인 자구벽(Magnetic Domain Wall)의 이동을 억제(Pinning)하기 때문에 페라이트계 스테인리스강의 진동 감쇄능이 본질적으로 열위해진다. 또한 C, N은 Nb, Ti와 대부분 석출물 상태로 결합되어 있기 때문에 상대적으로 페라이트 기지 내에 존재하는 고용 C, N이 거의 전무하게 되어, 진동 시 고용 C, N의 움직임에 의한 흡음 매커니즘(Snoek Effect) 또한 기대할 수 없다.

한편, 배가스 400℃ 이상의 고온에 적용되는 페라이트계 스테인리스강에는 고온강도를 위해 Nb를 첨가하며, 또한 추가로 Cu를 고용강화 원소로 첨가한다. 이 경우 특정 열처리 조건에서 1 내지 200㎚의 미세한 크기의 Nb 라베스 석출상(Laves Phase, Fe₂Nb) 및 Cu 석출상이 생성될 수 있으며, 정합성(Coherent)을 갖는 석출상과 기지의 계면이 외부 진동에 반응하여 같이 진동하게 되며, 외부 진동에너지를 흡수하여 진동 감쇄능이 증가할 수 있다. 이때, Nb 라베스상 또는 Cu 단독으로 석출되어 있는 경우보다 복합으로 석출될 경우 그 효과가 더욱 증대된다. 그러나 석출물 크기가 200㎚ 초과로 조대화될 경우 석출물 및 기지의 정합성이 낮아지게 되고, 이와 함께 석출물의 개수가 적어지기 때문에 진동 감쇄능 개선 효과가 오히려 상쇄된다. 따라서, 미세한 Nb 라베스상 석출물 및 Cu 석출물을 기지의 계면에 석출시킴으로써 진동 감쇄능을 극대화할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에서의 합금성분 원소 함량의 수치한정 이유에 대하여 설명한다. 이하에서는 특별한 언급이 없는 한 단위는 중량%이다.

C의 함량은 0.005 내지 0.01%이다.

C는 흡음을 일으키는 핵심 원소로, 고용 C가 강판 진동 시에 기지의 격자 내 원래 위치에서 다른 위치로 계속 이동하기 때문에 에너지 손실이 발생하고 흡음이 발생하게 된다. 일반적으로 기지 내 고용 C가 증가할수록 흡음 및 진동 감쇄능이 증가하게 된다. 하지만 그 함량이 0.01%를 초과할 경우 고용 C의 농도는 한계에 다다르며, Cr과 결합하여 Cr₂₃C₆ 석출물을 생성하게 되어 자구벽의 이동을 방해하며, 기지 내 국부적인 Cr 고갈로 인해 골든 더스트(Golden dust)가 발생하여 내식성이 저하된다.

N의 함량은 0.005 내지 0.01%이다.

강 중 N는 C와 동일한 매커니즘을 통하여 흡음 및 진동 감쇄를 일으키는 핵심 원소로서, 기지 내 고용 N이 증가할수록 진동 감쇄능이 증가하게 된다. 하지만 0.01%를 초과하면 고용 N의 농도는 한계에 다다르며, Cr과 결합하며 Cr₂N 석출물을 생성하게 되어 자구벽의 이동을 방해하며, 기지 내 국부적인 Cr 고갈로 골든 더스트(Golden dust)가 발생하여 내식성이 저하된다.

C+N의 함량을 0.02% 이하로 제어함으로써 기지 내 고용 C, N을 증가시켜 탄질화물 석출을 억제하고, 자구벽의 원활한 이동에 의한 진동 감쇄능을 향상시킬 수 있다.

Si의 함량은 0.1 내지 0.9%이다.

Si는 제강 시 탈산제 역할을 하는 원소로, 0.1% 이상을 함유한다. 그러나 강 중 다량 함유되면 Si 산화물로 인하여 개재물이 발생하게 되고, 이러한 개재물이 자구벽 이동을 방해하여 진동 감쇄능을 저해하므로, 그 함량을 0.9% 이하로 제한한다.

Mn의 함량은 0.1 내지 0.9%이다.

Mn은 오스테나이트를 안정화시키는 역할을 한다. 다량으로 함유될 경우 오스테나이트-페라이트 변태점(Ac1)이 낮아지고, 냉연 후 C, N을 고용시킬 수 있는 고온 소둔이 불가능해지기 때문에, 그 함량은 0.9% 이하로 제한한다.

Cr의 함량은 9 내지 14%이다.

Cr은 강의 자기 변형(Magnetostriction) 상수를 증가시켜 진동 발생 시 자구벽의 이동을 탄소강 대비 더욱 촉진 시키는 역할을 하며, 자구벽 이동에 의한 진동 감쇄능을 증대시키는 역할을 한다. 또한 C, N에 의한 진동 감쇄 효과에도 긍정적인 역할을 한다. 하지만 Cr의 함량이 14%를 초과하게 되면 C, N과 쉽게 결합함으로써 탄질화물 생성이 용이해져 고용 C, N의 양을 낮추게 되고, 석출물이 자구벽의 이동을 방해하기 때문에 그 함량을 상기 범위로 제한한다.

Ni의 함량은 0.3% 이하이다.

Ni은 스크랩 용해에 의해 강 중 불가피하게 포함되는 불순물로 0.1% 가량 함유될 수 있으며, 그 상한을 0.3%로 제한한다.

P의 함량은 0.04% 이하이다.

P은 강 중에 포함되는 불가피한 불순물로, 산세 시 입계 부식을 일으키거나 열간가공성을 저해하기 때문에 0.04% 이하로 제한한다. 바람직한 P의 함유량은 0.01 내지 0.04%이다.

S의 함량은 0.002% 이하이다.

S은 강 중에 포함되는 불가피한 불순물로, 결정입계에 편석되어 열간가공성을 저해하기 때문에 그 함량을 20ppm 이하로 제한한다.

Ti의 함량은 0.15 내지 0.3%이다.

Ti은 용접부 내식성 증대를 위해 필수적으로 첨가되어야 하는바 0.15% 이상 첨가한다. 그러나, Ti은 C, N과 결합하여 Ti(C,N) 석출물을 형성하여 고용 C, N의 양을 낮추며, Ti(C,N) 석출물이 자구벽의 이동을 방해하기 때문에 진동 감쇄능을 열위하게 만든다. 따라서 그 함량을 0.3% 이하로 제한한다.

Nb의 함량은 0.15 내지 0.3%이다.

Nb 또한 용접부 내식성 증대를 위해 필수적으로 첨가되는 원소이며, 적절한 성분 조건 및 열처리 조건을 만족하면 미세 라베스상(laves phase) 석출물이 생성되어 진동 감쇄능 향상에 도움이 되는바, 0.15% 이상 첨가한다. 그러나, Nb은 C, N과 결합하여 Nb(C,N) 석출물을 형성하여 고용 C, N의 양을 낮추며, Nb(C,N) 석출물이 자구벽의 이동을 방해하기 때문에 진동 감쇄능을 열위하게 하므로, 그 함량을 0.3% 이하로 제한한다.

Cu의 함량은 0.15 내지 0.3%이다.

Cu는 적절한 열처리에 의해 미세 석출물을 생성하며 진동 감쇄능 향상에 도움이 되는바 0.15% 이상 첨가한다. 하지만 Cu의 함량이 높을 경우 고온 열간가공성이 저해될 수 있어 그 함량을 0.3% 이하로 제한한다.

Al의 함량은 0.01 내지 0.05%이다.

Al은 N과 결합하여 AlN 석출물을 형성해 고용 N의 양을 낮추며, AlN 석출물이 자구벽의 이동을 방해하기 때문에 진동 감쇄능을 열위하게 만든다. 또한, Al은 제강시 탈산제로 첨가되는 합금성분이지만, 다량 첨가시 비금속 개재물로 존재하여 냉연 스트립의 슬리브 결함을 일으키기 때문에 그 함량을 0.01 내지 0.05% 범위로 제한한다.

상술한 합금원소들을 제외한 페라이트계 스테인리스강의 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진다.

본 발명의 일 실시예에 따른 저Cr 페라이트계 스테인리스강은 하기 식 (1)을 만족할 수 있다.

(1) (Nb+Cu)/Ti ≥ 1.5

Ti의 함량이 증가될수록 Ti(C,N) 석출물 생성이 증가하여 고용 C, N을 낮추고, 또한 석출물 자체가 자구벽의 이동을 방해하기 때문에 진동 감쇄능이 저하된다. 이를 극복하기 위해서는 그만큼 Nb+Cu 함량을 증가시켜 미세한 Nb 라베스상 석출물 및 Cu 석출물에 의한 진동 감쇄 효과가 커져야 한다. 상술한 합금성분 조성과 함께 상기 식 (1)을 만족할 경우 기존 대비 진동 감쇄능을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 저Cr 페라이트계 스테인리스강은 하기 식 (2)을 만족할 수 있다.

(2) Nb+Cu ≤ 0.5

Nb+Cu 함량이 필요 이상으로 높아지게 되면 석출물 조대화가 쉽게 일어나게 된다. 이 경우 석출물과 기지 사이의 계면 정합성(Coherent)이 떨어지며, 또한 석출물의 수 및 총 계면 면적이 줄어들게 되어 Nb 라베스상 석출물 및 Cu 석출물에 의한 진동 감쇄 효과가 발현되기 어렵다. 따라서 Nb+Cu 함량을 0.5% 이하로 제한한다.

Nb 라베스상 석출물은 Fe₂Nb이며, 상기 Nb 라베스상 석출물 및 Cu 석출물의 크기는 1 내지 200㎚일 수 있다. 상술한 바와 같이, Nb 라베스상 석출물 및 Cu 석출물의 크기가 조대한 경우, 미세 석출물들에 비하여 상대적으로 석출물의 수가 적어지고 석출물과 기지 계면의 정합성이 떨어져 진동 감쇄 효과가 작다. 따라서 진동 감쇄능을 극대화하기 위해 석출물의 크기는 200㎚ 이하로 제어하는 것이 바람직하다.

200㎚ 이하의 Nb 라베스상 석출물 및 Cu 석출물을 5×10²개/㎟ 이상 포함하는 본 발명의 저Cr 페라이트계 스테인리스강은, 진동감쇄지수(Q-1)가 25℃에서 2.0×10^-4 이상, 300℃에서 2.5×10^-4 이상으로 우수한 진동감쇄능을 나타낼 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 감쇄능이 우수한 저Cr 페라이트계 스테인리스강의 제조방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 진동 감쇄능이 우수한 저Cr 페라이트계 스테인리스강의 제조방법은 통상의 제조공정을 거쳐 냉연 강판으로 제조할 수 있으며, 상술한 합금성분 조성을 포함하는 페라이트계 스테인리스강 냉연 강판을 (Ac1-10)℃ 이하의 온도에서 냉연 소둔하는 단계; 및 400 내지 600℃로 급냉하여 5분 이상 유지하는 단계;를 포함한다.

예를 들어, 상술한 합금성분 조성을 포함하는 슬라브를 열간 압연하고, 열간 압연된 열연 강판을 소둔 열처리하고, 냉간 압연하여 냉연 강판으로 제조할 수 있다.

냉연 강판은 오스테나이트-페라이트 변태 온도(Ac1)보다 10℃ 낮은 온도 이하의 온도범위에서 냉연 소둔한다. 본 발명의 Cr 함량 범위에서는 오스테나이트상이 일부 존재하므로 역변태를 방지하기 위해 소둔 온도를 (Ac1-10)℃ 이하로 제한한다. 상기 온도범위에서 기지 내에 C, N을 충분히 고용시킬 수 있도록 소둔한다.

또한, Cr 탄질화물의 생성 억제를 위해 냉연 소둔 후 400 내지 600℃의 온도범위로 급냉이 요구되며, 상기 온도범위에서 5분 이상 유지하는 열처리를 통해 미세 Nb 라베스상 석출물 및 Cu 석출물의 개수를 증가시켜 진동 감쇄능을 극대화할 수 있다.

이때, 식 (2)에 따른 Nb+Cu 함량이 0.5%를 초과하는 경우, 상기 열처리에 의해 추가적으로 생성되는 Nb 라베스상 석출물 및 Cu 석출물 대비 기 석출된 석출물들이 조대화되어 총 석출물 개수가 감소할 수 있다. 따라서, Nb+Cu 함량이 0.5%를 초과하는 경우에는 냉연 소둔 후 추가 열처리를 수행하지 않는 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 보다 상세히 설명하기로 한다.

실시예

진동감쇄능은 IMCE사의 “RFDA LTVP800” 장비를 통해서 측정되었다. 위 장비는 80mm(길이)*20mm(너비)의 샘플을 일정한 힘의 충격을 주어 고유 진동수로 진동을 발생시킨 후, 소리의 감쇄 정도를 측정함으로써 진동감쇄지수(Q-1)를 구하게 된다. 진동감쇄지수가 높을수록 진동의 감쇄가 빠르게 이루어진다. 즉, 진동 감쇄능이 우수하다. 위 장비에서는 25 ~ 800℃의 온도범위에 대하여 진동감쇄지수를 구할 수 있다. 최종 열처리된 각 합금에 대하여 상온(25℃)과 300℃의 온도에 대한 진동감쇄지수를 구하였다. 고유 진동수는 1kHz이었다.

Nb 라베스상 석출물과 Cu 석출물의 개수는 200㎚ 이하 크기의 석출물만을 대상으로 측정하였다.

구분	C	N	Si	Mn	Cr	Ti	Nb	Cu	(Nb+Cu) /Ti	(Nb+Cu)
발명예1	0.007	0.008	0.27	0.41	11.7	0.19	0.18	0.23	2.16	0.41
발명예2	0.006	0.007	0.35	0.28	12.5	0.16	0.22	0.27	3.06	0.49
비교예1	0.005	0.009	0.45	0.33	10.5	0.11	0.12	0.12	2.18	0.24
비교예2	0.008	0.006	0.29	0.29	13.1	0.38	0.34	0.32	1.74	0.66
비교예3	0.005	0.006	0.23	0.22	11.2	0.25	0.16	0.17	1.32	0.33
비교예4	0.009	0.009	0.17	0.53	11.8	0.16	0.28	0.27	3.44	0.55

구분	소둔 후 500℃ 5분 이상 유지	Nb 및 Cu 석출물 총량 (ea/㎟)	진동감쇄지수 (Q-1, ×10^-4) @25℃	진동감쇄지수 (Q-1, ×10^-4) @300℃
발명예1	×	528	2.3	2.5
발명예1	○	679	3.1	3.3
발명예2	×	613	2.8	3.1
발명예2	○	718	3.5	3.7
비교예1	×	289	1.1	1.2
비교예1	○	360	1.2	1.3
비교예2	×	336	1.3	1.4
비교예2	○	435	1.5	1.6
비교예3	×	359	1.4	1.5
비교예3	○	460	1.5	1.7
비교예4	×	410	1.6	1.6
비교예4	○	275	1.1	1.2

도 1은 Nb 라베스상 석출물 및 Cu 석출물의 개수에 따른 진동감쇄지수의 상관관계를 나타내는 그래프이다. 도 1을 참조하여 표 1 내지 표 2의 발명예 및 비교예의 데이터를 분석한 결과는 아래와 같다.

발명예 1 및 2를 살펴보면, 본 발명의 성분계와 식 (1) 및 식 (2)를 모두 만족함으로써, 소둔 후 500℃에서 5분 이상 열처리하지 않아도 Nb 라베스상 석출물 및 Cu 석출물의 총량이 ㎟당 500개 이상이며 상온에서 진동감쇄지수(Q-1)가 2.3×10^-4 이상으로 측정되었다. 특히 열처리를 수행한 경우에는 석출물 총량이 100 내지 150개 증가하여 15 내지 30% 증가함을 알 수 있었으며, 이에 따른 진동감쇄지수(Q-1) 또한 20 내지 35% 증가하여 3.1×10^-4 이상으로 측정되었다.

비교예 1은 식 (1) 및 식 (2)를 만족하지만, Ti, Nb, Cu의 함량이 0.15%에 미치지 못하여 소둔 후 500℃ 추가 열처리를 거치더라도 석출물 총량이 360개/㎟로 적었다. 이는 Nb 라베스상 석출물과 Cu 석출물을 형성하기 위한 Nb 및 Cu 함량이 부족함에 기인함을 알 수 있었다.

비교예 2는 Ti, Nb, Cu의 함량이 모두 0.3%를 초과하여 식 (2)의 Nb+Cu 값이 0.5%를 초과하고, 이에 따라 소둔 후 500℃ 추가 열처리를 거치더라도 석출물 총량이 500개/㎟에 미치지 못하였다. 이는 식 (1)은 만족하지만, Ti 및 Nb 함량이 높아 C, N과 탄질화물을 형성하여 고용 C, N을 낮추고, 또한 탄질화물 자체가 자구벽의 이동을 방해하기 때문에 진동 감쇄능이 저하되는 것으로 확인되었다. 또한, Nb뿐 아니라 Cu 함량이 높아 석출물이 조대화됨으로써 석출물 총량이 발명예 대비 낮은 것으로 추정되었다.

비교예 3은 Ti, Nb, Cu를 포함한 본 발명의 성분계 범위를 모두 만족하지만, Nb+Cu 대비 Ti의 함량이 높아 식 (1)을 불만족하며, 이에 따라 Ti(C,N) 탄질화물이 다량 석출되었다. 도 2는 비교예 3의 기지 계면의 Nb 라베스상 석출물 및 Cu 석출물 분포를 나타내는 사진이다. Ti 함량이 높아 TiN이 생성된 것을 알 수 있으며, 이러한 TiN 석출물은 고용 C, N을 낮출 뿐만 아니라 석출물 자체가 자구벽의 이동을 방해하게 되며, 진동감쇄지수 또한 추가 열처리 후에도 1.7×10^-4 이하로 측정되었다.

비교예 4는 Ti, Nb, Cu를 포함한 본 발명의 성분계 범위 및 식 (1)을 만족하지만, Nb+Cu 함량이 높아 식 (2)를 불만족한다. 비교예 4는 Nb+Cu의 함량이 0.55%로 높아 Nb 라베스상 석출물 및 Cu 석출물이 조대화된 것으로 추정되었다. 특히 소둔 후 500℃ 열처리한 결과 200㎚ 이하 크기의 석출물 총량이 오히려 줄었으며, 이는 석출물 조대화에 기인한 것임을 확인할 수 있었다. 석출물이 조대화되면 기지 계면의 정합성 및 계면 면적이 낮아져 진동감쇄 효과가 떨어지게 되는데, 비교예 4의 추가 열처리 후 진동감쇄지수는 본 발명의 성분계 범위를 만족함에도 불구하고 가장 낮게 나타났다.

상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

중량%로, C: 0.005 내지 0.01%, N: 0.005 내지 0.01%, Si: 0.1 내지 0.9%, Mn: 0.1 내지 0.9%, Cr: 9 내지 14%, Ni: 0.3% 이하, P: 0.04% 이하, S: 0.002% 이하, Ti: 0.15 내지 0.3%, Nb: 0.15 내지 0.3%, Cu: 0.15 내지 0.3%, Al: 0.01 내지 0.05%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, C+N: 0.02% 이하를 만족하며,
Nb 라베스상(laves phase) 석출물 및 Cu 석출물을 5×10²개/mm² 이상 포함하고,
진동감쇄지수(Q-1)가 25℃에서 2.0×10^-4 이상, 300℃에서 2.5×10^-4 이상인 진동 감쇄능이 우수한 저Cr 페라이트계 스테인리스강.
제1항에 있어서,
상기 스테인리스강은 하기 식 (1)을 만족하는 진동 감쇄능이 우수한 저Cr 페라이트계 스테인리스강.
(1) (Nb+Cu)/Ti ≥ 1.5
(여기서, Nb, Cu, Ti는 각 원소의 함량(중량%)를 의미한다)
제1항에 있어서,
상기 스테인리스강은 하기 식 (2)을 만족하는 진동 감쇄능이 우수한 저Cr 페라이트계 스테인리스강.
(2) Nb+Cu ≤ 0.5
(여기서, Nb, Cu는 각 원소의 함량(중량%)를 의미한다)
제1항에 있어서,
상기 Nb 라베스상 석출물은 Fe₂Nb이며,
상기 Nb 라베스상 석출물 및 Cu 석출물의 크기는 1 내지 200㎚인 진동 감쇄능이 우수한 저Cr 페라이트계 스테인리스강.
삭제
중량%로, C: 0.005 내지 0.01%, N: 0.005 내지 0.01%, Si: 0.1 내지 0.9%, Mn: 0.1 내지 0.9%, Cr: 9 내지 14%, Ni: 0.3% 이하, P: 0.04% 이하, S: 0.002% 이하, Ti: 0.15 내지 0.3%, Nb: 0.15 내지 0.3%, Cu: 0.15 내지 0.3%, Al: 0.01 내지 0.05%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, C+N: 0.02% 이하를 만족하는 페라이트계 스테인리스강 냉연강판을, (Ac1-10)℃ 이하의 온도에서 냉연 소둔하는 단계; 및
400 내지 600℃로 급냉하여 5분 이상 유지하는 단계;를 포함하며,
진동감쇄지수(Q-1)가 25℃에서 2.0×10^-4 이상, 300℃에서 2.5×10^-4 이상인 진동 감쇄능이 우수한 저Cr 페라이트계 스테인리스강 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 냉연 강판은 하기 식 (1)을 만족하는 진동 감쇄능이 우수한 저Cr 페라이트계 스테인리스강 제조방법.
(1) (Nb+Cu)/Ti ≥ 1.5
(여기서, Nb, Cu, Ti는 각 원소의 함량(중량%)를 의미한다)
제6항에 있어서,
상기 냉연 강판은 하기 식 (2)을 만족하는 진동 감쇄능이 우수한 저Cr 페라이트계 스테인리스강 제조방법.
(2) Nb+Cu ≤ 0.5
(여기서, Nb, Cu는 각 원소의 함량(중량%)를 의미한다)