KR20240000556A

KR20240000556A - 페라이트계 스테인리스강

Info

Publication number: KR20240000556A
Application number: KR1020237040099A
Authority: KR
Inventors: 신지 오이카와
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2021-06-28
Filing date: 2022-04-14
Publication date: 2024-01-02
Also published as: CN117396622A; EP4296387A1; JPWO2023276411A1; JP7140309B1

Abstract

Ni 함유 납재를 사용한 고온에서의 납땜을 행하는 경우에 양호한 납땜성을 가짐과 함께, 납땜 후의 내식성이 우수한 페라이트계 스테인리스강을 제공한다. 질량％ 로, C : 0.003 ∼ 0.030 ％, Si : 0.01 ∼ 1.00 ％, Mn : 0.05 ∼ 0.30 ％, P : 0.050 ％ 이하, S : 0.020 ％ 이하, Cr : 24.0 ∼ 30.0 ％, Ni : 1.50 ∼ 3.00 ％, Mo : 1.00 ∼ 3.00 ％, Al : 0.001 ∼ 0.020 ％, Nb : 0.20 ∼ 0.80 ％, N : 0.030 ％ 이하를 함유하고, 이하의 식 (1), (2) 를 만족함과 함께, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 페라이트계 스테인리스강.
Ni-2(Si＋Mn) ≥ 0.00 ％ ··· (1)
Cr＋1.5 Mo＋Si＋1.5 Nb-2.5 Ni ≤ 25.0 ％ ··· (2)
(식 (1), (2) 중의 Ni, Si, Mn, Cr, Mo, Nb 는, 각 원소의 함유량 (질량％) 을 나타낸다.)

Description

페라이트계 스테인리스강

본 발명은 페라이트계 스테인리스강에 관한 것으로서, 특히, Ni 함유 납재를 사용한 고온에서의 납땜을 행하는 경우에 양호한 납땜성을 가짐과 함께, 우수한 내식성을 겸비한 페라이트계 스테인리스강에 관한 것이다.

최근, 지구 환경 보호의 입장에서, 자동차에 대해서 연비의 추가적인 향상이나 배기 가스 정화의 강화가 요구되고 있다. 이 때문에, 배열 회수기나 EGR (Exhaust Gas Recirculation) 쿨러 등의 자동차용 열교환기의 적용이 계속해서 확대되고 있다.

여기에서, 배열 회수기란, 엔진 냉각수의 열을 난방에 이용하거나, 배기 가스의 열로 엔진의 냉각수를 따뜻하게 하여 엔진 시동시의 난기 시간을 짧게 하거나함으로써, 연비를 향상시키는 장치이다. 일반적으로, 배열 회수기는, 촉매 컨버터와 머플러 사이에 설치된다. 배열 회수기는, 파이프, 플레이트, 핀, 사이드 플레이트 등을 조합한 열교환기 부분과, 입측 파이프 부분과, 출측 파이프 부분으로 구성된다. 그리고, 배기 가스는, 입측 파이프로부터 열교환기 부분으로 들어가고, 그곳에서 그 열을 핀 등의 전열면을 개재하여 냉각수에 전달하고, 출측 파이프로부터 배출된다. 또, 이와 같은 배열 회수기의 열교환기 부분을 구성하는 플레이트나 핀의 접착, 조립에는 Ni 함유 납재에 의한 납땜이 주로 사용된다.

또, EGR 쿨러는, 이그저스트 매니폴드 등으로부터 일부의 배기 가스를 도입하는 파이프와, 도입된 배기 가스를 냉각시키는 열교환기와, 냉각된 배기 가스를 엔진의 흡기측으로 되돌리는 파이프로 구성된다. EGR 쿨러는, 구체적인 구조로는, 이그저스트 매니폴드로부터 배기 가스를 엔진의 흡기측으로 환류시키는 경로 상에, 수류 통로와 배기 가스 통로를 겸비하는 열교환기를 갖는 구조로 되어 있다. 이와 같은 구조로 함으로써, 배기측에 있어서의 고온의 배기 가스가, 열교환기에 의해서 냉각되고, 냉각된 배기 가스가 엔진의 흡기측으로 환류하여 엔진의 연소 온도를 저하시켜, 고온 하에서 생성되기 쉬운 NO_X 를 억제한다. 또, EGR 쿨러의 열교환기 부분은, 경량화, 컴팩트화, 비용 저감 등의 이유로부터, 얇은 판을 핀상으로 중첩하여 구성되어 있고, 이것들의 접착, 조립에는 역시 Ni 함유 납재에 의한 납땜이 주로 이용된다.

이와 같이, 배열 회수기나 EGR 쿨러의 열교환기 부분은, Ni 함유 납재를 사용한 납땜에 의해서 접착, 조립되어 있는 점에서, 이들 열교환기 부분에 사용되는 소재에는, Ni 함유 납재에 대한 양호한 납땜성이 요구된다. 또한, 배기 가스에는, 질소 산화물 (NO_X), 황 산화물 (SO_X), 탄화수소 (HC) 가 함유되기 때문에, 이것들이 열교환기에서 결로되어, 부식성이 강한 산성의 응축수로 된다. 이 때문에, 이들 열교환기 부분에 사용되는 소재에는, 내식성도 요구된다. 특히 납땜 열처리시에는 고온이 되기 때문에, 입계의 Cr 이 C 나 N 과 반응하여 Cr 탄질화물이 되고, 그 주위에 내식성이 부족한 Cr 결핍층이 발생된다는, 이른바 예민화를 방지하여 내식성을 확보하는 것이 필요하다.

이상과 같은 점에서, 배열 회수기나 EGR 쿨러의 열교환기 부분에는, 통상적으로 탄소 함유량을 저감하여 예민화를 방지한 SUS316L 혹은 SUS304L 등의 오스테나이트계 스테인리스강이 사용되어 왔다. 그러나, 오스테나이트계 스테인리스강은, Ni 를 다량으로 함유하기 때문에 고비용이 되는 점이나, 열팽창이 크기 때문에 고온에서 격렬한 진동으로 구속력을 받는 사용 환경에서의 피로 특성, 즉 고온에서의 열 피로 특성이 낮다는 점에 문제가 있었다.

그래서, 배열 회수기나 EGR 쿨러의 열교환기 부분에 오스테나이트계 스테인리스강 이외의 강을 사용하는 것이 검토되고 있다.

예를 들어, 특허문헌 1 에는, 배열 회수기나 EGR 쿨러용 재료로서, 납땜 후에 카티온 분율로 Nb 를 16.0 ％ 이상 함유한 산화 피막이 생성됨으로써, 내식성을 확보하는 페라이트계 스테인리스강이 개시되어 있다.

특허문헌 2 에는, 배열 회수기나 EGR 쿨러용 재료로서, Al, Ti, Si 첨가량을 제어함으로써, 내식성을 확보하는 페라이트계 스테인리스강이 개시되어 있다.

특허문헌 3 에는, 열교환기나 연료 공급계 부재용 재료로서, 납땜 후의 산화 피막 중의 Cr, Si 및 Al 의 함유량과 산화 피막의 막두께를 제어함으로써, 내식성을 확보하는 페라이트계 스테인리스강이 개시되어 있다.

또, 특허문헌 4 에는, EGR 쿨러용 재료로서, Cr, Cu, Al, Ti 등의 성분을 일정한 관계식에 있어서 첨가하며, 또한 Al, Ti 첨가량을 억제함으로써, 납땜성을 확보하는 페라이트계 스테인리스강이 개시되어 있다.

덧붙여, 특허문헌 5 에는, Ni 납땜으로 접합한 구조를 갖는 EGR 쿨러 부재로서, Al, Ti, Zr 첨가량을 억제함으로써, 납땜성을 확보하는 페라이트계 스테인리스강이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 6 에는, 납땜용 페라이트계 스테인리스 강재로서, Ti, Zr 첨가량을 억제함으로써 납땜성을 확보하는 페라이트계 스테인리스강이 개시되어 있다.

일본 특허공보 제6157664호 일본 특허공보 제6159775호 일본 특허공보 제6270821호 일본 공개특허공보 2010-121208호 일본 공개특허공보 2009-174040호 일본 공개특허공보 2010-285683호

그러나, 특허문헌 1 ∼ 6 에 기재된 기술에서는, 사용하는 납재나 납땜 조건 등에 따라서는, 납땜성이 불충분한 경우도 있었다. 특히, 종래의 기술에서는, 전술한 바와 같은 양호한 내식성을 얻으면서, Ni 함유 납재를 사용한 고온에서의 납땜성을 충분히 확보할 수 있다고는 할 수 없었다.

본 발명은 상기한 현 상황을 감안하여 개발된 것으로서, Ni 함유 납재를 사용한 고온에서의 납땜을 행하는 경우에 양호한 납땜성을 가짐과 함께, 납땜 후의 내식성이 우수한 페라이트계 스테인리스강을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 명세서에 있어서, 양호한 납땜성이란, 표면에 Ni 함유 납 (JIS 규격 : BNi-5) 을 도포한 강판을 1170 ℃, 1 Torr 의 질소 캐리어 가스 분위기에서 10 분간 가열하고, 상온까지 냉각시키는 납땜 처리를 행한 후, 가열 전의 납재의 원 상당 직경에 대한 가열 후의 납재의 원 상당 직경의 비 (납재의 확산율) 가 150 ％ 이상인 것을 가리킨다.

또, 내식성이 우수하다는 것은, 상기한 Ni 함유 납에 의한 납땜 처리 후의 강판을 사용하여, 납재가 부착되어 있지 않은 부분으로부터 가로세로 20 ㎜ 의 시험편을 채취하여, 가로세로 11 ㎜ 의 측정면을 남겨 시일재로 피복하고, 추가로 이 시험편을 30 ℃ 의 3.5 ％ NaCl 수용액 중에 침지시키며, 상기 NaCl 수용액의 농도 이외에는 JIS G 0577 에 준거하여, 측정한 공식 전위 Vc' 100 이 300 mV (vs SCE) 이상인 것을 가리킨다.

본 발명자들은 Ni 함유 납재를 사용한 고온에서의 납땜을 행하는 경우에 있어서, 각종 스테인리스강의 성분 원소와 납땜성의 관계에 대해서 예의 검토하였다.

그 결과, 스테인리스강 중의 Al 함유량을 억제하고, 덧붙여, 스테인리스강에, Ni 를 적당량 함유시키며, 추가로 Si 와 Mn 의 함유량을 Ni 함유량에 대해서 적절히 억제함으로써, Ni 함유 납재와의 젖음성이 향상되는 것을 지견하였다.

또한, 각종 스테인리스강의 성분 원소와 납땜 후의 내식성의 관계에 대해서 예의 검토하였다. 그 결과, 납땜의 고온 열처리에 의해서 σ 상 (시그마상) 이 석출되어 내식성이 저하되는 것을 알아내었다. 여기에서, σ 상은 Cr 이나 Mo 를 다량으로 함유한 금속간 화합물이고, 그 주위에 Cr, Mo 결핍층이 만들어졌기 때문에 납땜 후의 내식성이 저하된다. 더욱 검토를 행한 결과, Ni 를 적당량 함유시키고, 추가로 Cr, Mo, Si 및 Nb 의 함유량을 Ni 함유량에 대해서 적절히 억제함으로써, 납땜의 고온 열처리 중의 σ 상의 석출을 억제할 수 있는 것을 지견하였다.

본 발명은 상기한 지견에 기초하여, 더욱 검토한 끝에 완성된 것이다. 즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

[1] 질량％ 로,

C : 0.003 ∼ 0.030 ％,

Si : 0.01 ∼ 1.00 ％,

Mn : 0.05 ∼ 0.30 ％,

P : 0.050 ％ 이하,

S : 0.020 ％ 이하,

Cr : 24.0 ∼ 30.0 ％,

Ni : 1.50 ∼ 3.00 ％,

Mo : 1.00 ∼ 3.00 ％,

Al : 0.001 ∼ 0.020 ％,

Nb : 0.20 ∼ 0.80 ％,

N : 0.030 ％ 이하

를 함유하고, 이하의 식 (1), (2) 를 만족함과 함께, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 페라이트계 스테인리스강.

Ni-2(Si＋Mn) ≥ 0.00 ％ ··· (1)

Cr＋1.5 Mo＋Si＋1.5 Nb-2.5 Ni ≤ 25.0 ％ ··· (2)

(식 (1), (2) 중의 Ni, Si, Mn, Cr, Mo, Nb 는, 각 원소의 함유량 (질량％) 을 나타낸다.)

[2] 추가로 질량％ 로,

Cu : 0.01 ∼ 1.00 ％,

Co : 0.01 ∼ 1.00 ％,

W : 0.01 ∼ 2.00 ％

중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 상기 [1] 에 기재된 페라이트계 스테인리스강.

[3] 추가로 질량％ 로,

Ti : 0.01 ∼ 0.10 ％,

V : 0.01 ∼ 0.20 ％,

Zr : 0.01 ∼ 0.10 ％,

Mg : 0.0005 ∼ 0.0050 ％,

Ca : 0.0005 ∼ 0.0050 ％,

B : 0.0005 ∼ 0.0050 ％,

REM (희토류 금속) : 0.001 ∼ 0.100 ％,

Sn : 0.001 ∼ 0.100 ％,

Sb : 0.001 ∼ 0.100 ％

중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 [1] 또는 [2] 에 기재된 페라이트계 스테인리스강.

[4] 1 개 지점 이상의 접합부가 납땜에 의해서 조립되는, 배열 회수기용 또는 배기 가스 재순환 장치용인 [1] 또는 [2] 에 기재된 페라이트계 스테인리스강.

[5] 1 개 지점 이상의 접합부가 납땜에 의해서 조립되는, 배열 회수기용 또는 배기 가스 재순환 장치용인 [3] 에 기재된 페라이트계 스테인리스강.

본 발명에 의하면, Ni 함유 납재를 사용한 고온에서의 납땜을 행하는 경우에 양호한 납땜성을 가짐과 함께, 납땜 후의 내식성이 우수한 페라이트계 스테인리스강을 얻을 수 있다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

먼저, 본 발명에 있어서, 강의 성분 조성을 상기한 범위로 한정한 이유에 대해서 설명한다. 또한, 강의 성분 조성에 있어서의 원소의 함유량의 단위는 모두「질량％」이지만, 이하, 특별히 언급하지 않는 한 간단히「％」로 나타낸다.

C : 0.003 ∼ 0.030 ％

C 함유량이 많아지면 강도가 향상되고, 적어지면 가공성이 향상된다. 여기에서, C 는, 충분한 강도를 얻기 위해서 0.003 ％ 이상의 함유가 필요하다. 그러나, C 함유량이 0.030 ％ 를 초과하면, 가공성의 저하가 현저해지고, 입계에 Cr 탄화물이 석출되어 예민화를 일으켜 내식성이 저하된다. 그 때문에, C 함유량은 0.003 ∼ 0.030 ％ 의 범위로 한다. C 함유량은, 바람직하게는 0.004 ％ 이상이다. 또, C 함유량은, 바람직하게는 0.025 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.020 ％ 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.010 ％ 이하이다.

Si : 0.01 ∼ 1.00 ％

Si 는, 탈산재로서 유용한 원소이다. 그 효과는 0.01 ％ 이상의 Si 의 함유에서 얻어진다. 그러나, Si 함유량이 1.00 ％ 를 초과하면, 납땜 열처리시에 Si 산화물이나 Si 질화물 등의 Si 농화물이 강판 표면에 형성되어, 납땜성이 저하된다. 또, Ni 함유 납재를 사용한 고온에서의 납땜 처리시에 σ 상이 석출되어 내식성이 저하된다. 그 때문에, Si 함유량은 0.01 ∼ 1.00 ％ 의 범위로 한다. Si 함유량은, 바람직하게는 0.50 ％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.60 ％ 이상이며, 더욱 바람직하게는 0.70 ％ 이상이다. 또, Si 함유량은, 바람직하게는 0.85 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.80 ％ 이하이다.

Mn : 0.05 ∼ 0.30 ％

Mn 은 탈산 작용이 있고, 그 효과는 0.05 ％ 이상의 Mn 의 함유에서 얻어진다. 그러나, Mn 함유량이 0.30 ％ 를 초과하면, 납땜 열처리시에 Mn 농화물이 강판 표면에 형성되어 납땜성이 저하된다. 그 때문에, Mn 함유량은 0.05 ∼ 0.30 ％ 의 범위로 한다. Mn 함유량은, 바람직하게는 0.10 ％ 이상이다. 또, Mn 함유량은, 바람직하게는 0.25 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.20 ％ 이하이며, 더욱더 바람직하게는 0.15 ％ 이하이다.

P : 0.050 ％ 이하

P 는, 강에 불가피적으로 함유되는 원소이고, 과잉된 함유는 입계 부식을 쉽게 일으키게 한다. 그 경향은, P 의 0.050 ％ 초과의 함유로 현저해진다. 그 때문에, P 함유량은 0.050 ％ 이하로 한다. P 함유량은, 바람직하게는 0.040 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.030 ％ 이하이다. 또한, P 함유량의 하한은 특별히 한정되지 않는다. 단, 과도한 탈 P 는 비용의 증가를 초래하기 때문에, P 함유량은 0.005 ％ 이상이 바람직하다.

S : 0.020 ％ 이하

S 는, 강에 불가피적으로 함유되는 원소이고, 0.020 ％ 초과의 S 의 함유는, MnS 의 석출을 촉진하여, 내식성을 저하시킨다. 따라서, S 함유량은 0.020 ％ 이하로 한다. 바람직하게는, S 함유량은 0.010 ％ 이하이다. 또한, S 함유량의 하한은 특별히 한정되지 않는다. 단, 과도한 탈 S 는 비용의 증가를 초래하기 때문에, S 함유량은 0.0005 ％ 이상이 바람직하다.

Cr : 24.0 ∼ 30.0 ％

Cr 은, 스테인리스강의 내식성을 확보하기 위해서 중요한 원소이다. Cr 함유량이 24.0 ％ 미만에서는, 충분한 내식성이 얻어지지 않는다. 한편, Cr 함유량이 30.0 ％ 를 초과하면, 납땜 중에 σ 상이 석출되어 내식성이 저하된다. 그 때문에, Cr 함유량은 24.0 ∼ 30.0 ％ 의 범위로 한다. Cr 함유량은, 바람직하게는 24.5 ％ 이상이고, 보다 바람직하게는 25.0 ％ 이상이다. 또, Cr 함유량은, 바람직하게는 28.0 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는 26.5 ％ 이하이다.

Ni : 1.50 ∼ 3.00 ％

Ni 는, 본 발명에 있어서 중요한 원소의 하나이다. 1.50 ％ 이상의 Ni 의 함유로, Ni 함유 납재와의 납땜성이 향상된다. Ni 를 함유시킴으로써 Ni 납땜성이 향상되는 메커니즘은 확실하지 않지만, 모재 중에 Ni 를 적당량 함유할 경우, 납재에 함유되는 Ni 와의 상호 작용에 의해서, 젖음성이 향상되는 것으로 생각된다. 또, 납땜 중의 σ 상 석출을 억제할 수 있다. 그러나, Ni 함유량이 3.00 ％ 를 초과하면, 응력 부식 균열 감수성이 높아진다. 그 때문에, Ni 함유량은 1.50 ∼ 3.00 ％ 의 범위로 한다. Ni 함유량은, 바람직하게는 1.75 ％ 이상이고, 보다 바람직하게는 2.00 ％ 이상이다. 또, Ni 함유량은, 바람직하게는 2.75 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는 2.50 ％ 이하이다.

Mo : 1.00 ∼ 3.00 ％

Mo 는, 스테인리스강의 부동태화 피막을 안정화시켜 내식성을 향상시킨다. 이 효과는 Mo 함유량이 1.00 ％ 이상에서 얻어진다. 그러나, Mo 함유량이 3.00 ％ 를 초과하면, 납땜 중에 σ 상이 석출되어 내식성이 저하된다. 따라서, Mo 함유량은, 1.00 ∼ 3.00 ％ 의 범위로 한다. Mo 함유량은, 바람직하게는 1.25 ％ 이상이고, 보다 바람직하게는 1.50 ％ 이상이다. 또, Mo 함유량은, 바람직하게는 2.50 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는 2.00 ％ 이하이다.

Al : 0.001 ∼ 0.020 ％

Al 은 탈산에 유용한 원소이고, 그 효과는 0.001 ％ 이상의 Al 의 함유에서 얻어진다. 그러나, Al 함유량이 0.020 ％ 를 초과하면, 납땜 처리시에 Al 산화물이나 Al 질화물 등의 Al 농화물이 강의 표면에 생성되어, 납재의 젖음 확산성이나 밀착성이 저하되고, 납땜이 곤란해진다. 그 때문에, Al 함유량은 0.001 ∼ 0.020 ％ 의 범위로 한다. 바람직하게는, Al 함유량은 0.015 ％ 이하이다.

Nb : 0.20 ∼ 0.80 ％

Nb 는, C 및 N 과 결합함으로써, Cr 탄질화물의 석출에 의한 내식성의 저하 (예민화) 를 억제하는 원소이다. 이 효과는, Nb 함유량이 0.20 ％ 이상에서 얻어진다. 한편, Nb 함유량이 0.80 ％ 를 초과하면, 납땜 중에 σ 상이 석출되어 내식성이 저하된다. 그 때문에, Nb 함유량은, 0.20 ∼ 0.80 ％ 의 범위로 한다. Nb 함유량은, 바람직하게는 0.25 ％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.30 ％ 이상이다. 또, Nb 함유량은, 바람직하게는 0.60 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.35 ％ 이하이다.

N : 0.030 ％ 이하

N 함유량이 0.030 ％ 를 초과하면, 내식성과 가공성이 저하된다. 따라서, N 함유량은 0.030 ％ 이하로 한다. 바람직하게는, N 함유량은 0.025 ％ 이하이다. 더욱 바람직하게는, N 함유량은 0.020 ％ 이하이다. 또한, N 함유량의 하한에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 과도한 N 함유량의 저감은 비용의 증가를 초래하기 때문에, N 함유량은 0.003 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

Ni-2(Si＋Mn) ≥ 0.00 ％ ··· (1)

식 (1) 중의 Ni, Si, Mn 은, 각 원소의 함유량 (질량％) 을 나타낸다.

본 발명에서는, 납땜성의 향상을 위해서 Ni, Si 및 Mn 의 각각을 소정의 함유량으로 한다. 또한 본 발명자들은, 예의 검토하여, Ni-2(Si＋Mn) (Ni 함유량으로부터 Si 함유량과 Mn 함유량의 합계의 2 배를 뺀 것) 가 0.00 ％ 미만이면, 원하는 납땜성이 얻어지지 않는 것도 지견하였다. 그 이유로서, Ni 는 납땜성을 개선하지만, 그 한편으로 Si, Mn 은 납땜성을 저해시키기 때문에, 이들 원소의 밸런스가 납땜성에 미치는 영향이 큰 것으로 생각된다. 그 때문에, 본 발명에서는, Ni 함유량, Si 함유량 및 Mn 함유량의 각각을 전술한 범위로 한 다음, Ni-2(Si＋Mn) 을 0.00 ％ 이상으로 한다. Ni-2(Si＋Mn) 은, 바람직하게는 0.50 ％ 이상이다. 특히, Cr 함유량을 26.0 ％ 미만, Al 함유량을 0.015 ％ 이하로 하고, Ni-2(Si＋Mn) 을 0.50 ％ 이상으로 함으로써, 보다 양호한 납땜성이 얻어진다.

Cr＋1.5 Mo＋Si＋1.5 Nb-2.5 Ni ≤ 25.0 ％ ··· (2)

식 (2) 중의 Cr, Mo, Si, Nb 및 Ni 는, 각 원소의 함유량 (질량％) 을 나타낸다.

본 발명에서는 납땜 중의 σ 상의 석출을 억제하기 위해서 Cr, Mo, Si, Nb 및 Ni 의 각각을 소정의 함유량으로 한다. 또한 본 발명자들은, 예의 검토하여, Cr＋1.5 Mo＋Si＋1.5 Nb-2.5 Ni 가 25.0 ％ 보다 크면, 납땜 중에 σ 상이 석출되어 내식성이 저하되는 것도 지견하였다. 그 이유로서, Ni 는 σ 상의 석출을 억제하지만, 그 한편으로 Cr, Mo, Si 및 Nb 는 σ 상의 석출을 촉진하기 때문에, 이들 원소의 밸런스가 σ 상의 석출에 미치는 영향이 큰 것으로 생각된다. 그 때문에, 본 발명에서는, Cr, Mo, Si, Nb 및 Ni 함유량의 각각을 전술한 범위로 한 다음, Cr＋1.5 Mo＋Si＋1.5 Nb-2.5 Ni 를 25.0 ％ 이하로 한다.

이상, 본 발명의 페라이트계 스테인리스강에 있어서의 기본 성분 (필수 성분) 에 대해서 설명하였다. 본 발명에 있어서의 성분 조성 중, 상기 이외의 성분 (잔부) 은 Fe 및 불가피적 불순물이다.

본 발명의 페라이트계 스테인리스강은, 추가로 Cu, Co, W 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을, 각각 하기의 범위에서 함유할 수 있다.

Cu : 0.01 ∼ 1.00 ％

Cu 는, 내식성을 높이는 원소이다. 이 효과는, Cu 함유량이 0.01 ％ 이상에서 얻어진다. 그러나, Cu 함유량이 1.00 ％ 를 초과하면, 열간 가공성이 저하된다. 그 때문에, Cu 를 함유하는 경우에는, Cu 함유량은, 0.01 ∼ 1.00 ％ 의 범위로 한다. Cu 를 함유하는 경우, Cu 함유량은, 보다 바람직하게는 0.10 ％ 이상이다. 또, Cu 를 함유하는 경우, Cu 함유량은, 보다 바람직하게는 0.80 ％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.60 ％ 이하이다.

Co : 0.01 ∼ 1.00 ％

Co 는, 내식성을 높이는 원소이다. 이 효과는, Co 함유량이 0.01 ％ 이상에서 얻어진다. 그러나, Co 함유량이 1.00 ％ 를 초과하면, 가공성이 저하된다. 그 때문에, Co 를 함유하는 경우에는, Co 함유량은 0.01 ∼ 1.00 ％ 의 범위로 한다. Co 를 함유하는 경우, Co 함유량은, 보다 바람직하게는 0.05 ％ 이상이다. 또, Co 를 함유하는 경우, Co 함유량은, 보다 바람직하게는 0.70 ％ 이하이다.

W : 0.01 ∼ 2.00 ％

W 는, 내식성을 높이는 원소이다. 이 효과는, W 함유량이 0.01 ％ 이상에서 얻어진다. 그러나, W 함유량이 2.00 ％ 를 초과하면, 납땜 중에 σ 상이 석출된다. 그 때문에, W 를 함유하는 경우에는, W 함유량은 0.01 ∼ 2.00 ％ 의 범위로 한다. W 를 함유하는 경우, W 함유량은, 보다 바람직하게는 0.05 ％ 이상이다. 또, W 를 함유하는 경우, W 함유량은, 보다 바람직하게는 1.00 ％ 이하이다.

본 발명의 페라이트계 스테인리스강은, 추가로 Ti, V, Zr, Mg, Ca, B, REM, Sn, Sb 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을, 각각 하기의 범위에서 함유할 수 있다.

Ti : 0.01 ∼ 0.10 ％

Ti 는, 강 중에 함유되는 C 및 N 과 결합하여, 예민화를 방지하는 효과를 갖는다. 그 효과는 Ti 의 0.01 ％ 이상의 함유에서 얻어진다. 한편, Ti 는 산소에 대해서 활성 원소이고, 0.10 ％ 초과의 Ti 의 함유는 납땜 처리시에 Ti 산화 피막을 강의 표면에 생성시켜 납땜성을 저하시킨다. 따라서, Ti 를 함유하는 경우에는, Ti 함유량은 0.01 ∼ 0.10 ％ 의 범위로 한다. Ti 를 함유하는 경우, Ti 함유량은, 보다 바람직하게는 0.05 ％ 이하이다.

V : 0.01 ∼ 0.20 ％

V 는, Ti 와 동일하게, 강 중에 함유되는 C 및 N 과 결합하여, 예민화를 방지한다. 이들 효과는, V 함유량이 0.01 ％ 이상에서 얻어진다. 한편, V 함유량이 0.20 ％ 를 초과하면, 가공성이 저하된다. 그 때문에, V 를 함유하는 경우에는, V 함유량은 0.01 ∼ 0.20 ％ 의 범위로 한다. V 를 함유하는 경우, V 함유량은, 보다 바람직하게는 0.15 ％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.10 ％ 이하이다.

Zr : 0.01 ∼ 0.10 ％

Zr 은, Ti 나 Nb 와 동일하게, 강 중에 함유되는 C 및 N 과 결합하여, 예민화를 억제하는 원소이다. 이 효과는, Zr 함유량이 0.01 ％ 이상에서 얻어진다. 한편, Zr 함유량이 0.10 ％ 를 초과하면, 가공성이 저하된다. 그 때문에, Zr 을 함유하는 경우에는, Zr 함유량은 0.01 ∼ 0.10 ％ 의 범위로 한다. Zr 을 함유하는 경우, Zr 함유량은, 보다 바람직하게는 0.03 ％ 이상이다. 또, Zr 을 함유하는 경우, Zr 함유량은, 보다 바람직하게는 0.05 ％ 이하이다.

Mg : 0.0005 ∼ 0.0050 ％

Mg 는, 탈산제로서 작용한다. 이 효과는 Mg 함유량이 0.0005 ％ 이상에서 얻어진다. 그러나, Mg 함유량이 0.0050 ％ 를 초과하면, 강의 인성이 저하되어 제조성이 저하된다. 그 때문에, Mg 를 함유하는 경우에는, Mg 함유량은 0.0005 ∼ 0.0050 ％ 의 범위로 한다. Mg 를 함유하는 경우, Mg 함유량은, 보다 바람직하게는 0.0020 ％ 이하이다.

Ca : 0.0005 ∼ 0.0050 ％

Ca 는, 용접부의 용입성을 개선하여 용접성을 향상시킨다. 그 효과는, Ca 함유량이 0.0005 ％ 이상에서 얻어진다. 그러나, Ca 함유량이 0.0050 ％ 를 초과하면, S 와 결합하여 CaS 를 생성하여, 내식성이 저하된다. 그 때문에, Ca 를 함유하는 경우에는, Ca 함유량은 0.0005 ∼ 0.0050 ％ 의 범위로 한다. Ca 를 함유하는 경우, Ca 함유량은, 보다 바람직하게는 0.0010 ％ 이상이다. 또, Ca 를 함유하는 경우, Ca 함유량은, 보다 바람직하게는 0.0040 ％ 이하이다.

B : 0.0005 ∼ 0.0050 ％

B 는, 2 차 가공 취성을 개선하는 원소이다. 그 효과는, B 함유량이 0.0005 ％ 이상에서 발현된다. 그러나, B 함유량이 0.0050 ％ 를 초과하면, 고용 강화에 의해서 연성이 저하된다. 그 때문에, B 를 함유하는 경우에는, B 함유량은 0.0005 ∼ 0.0050 ％ 의 범위로 한다.

REM (희토류 금속) : 0.001 ∼ 0.100 ％

REM (희토류 금속 : La, Ce, Nd 등의 원자 번호 57 ∼ 71 의 원소) 은, 탈산에 유효한 원소이다. 그 효과는, REM 함유량이 0.001 ％ 이상에서 얻어진다. 그러나, REM 함유량이 0.100 ％ 를 초과하면, 열간 가공성이 저하된다. 그 때문에, REM 을 함유하는 경우에는, REM 함유량은 0.001 ∼ 0.100 ％ 의 범위로 한다. REM 을 함유하는 경우, REM 함유량은, 보다 바람직하게는 0.010 ％ 이상이다. 또, REM 을 함유하는 경우, REM 함유량은, 보다 바람직하게는 0.050 ％ 이하이다. 또한, REM 은, Sc, Y 와, 원자 번호 57 의 란탄 (La) 으로부터 원자 번호 71 의 루테튬 (Lu) 까지의 15 원소의 총칭으로서, 여기에서 말하는 REM 함유량은, 이들 원소의 합계 함유량이다.

Sn : 0.001 ∼ 0.100 ％

Sn 은, 가공 표면 거칠음 억제에 유효한 원소이다. 그 효과는, Sn 함유량이 0.001 ％ 이상에서 얻어진다. 그러나, Sn 함유량이 0.100 ％ 를 초과하면, 열간 가공성이 저하된다. 그 때문에, Sn 을 함유하는 경우에는, Sn 함유량은 0.001 ∼ 0.100 ％ 의 범위로 한다. Sn 을 함유하는 경우, 보다 바람직하게는, Sn 함유량은 0.050 ％ 이하이다.

Sb : 0.001 ∼ 0.100 ％

Sb 는, Sn 과 동일하게, 가공 표면 거칠음 억제에 유효한 원소이다. 그 효과는, Sb 함유량이 0.001 ％ 이상에서 얻어진다. 그러나, Sb 함유량이 0.100 ％ 를 초과하면, 가공성이 저하된다. 그 때문에, Sb 를 함유하는 경우에는, Sb 함유량은 0.001 ∼ 0.100 ％ 의 범위로 한다. Sb 를 함유하는 경우, 보다 바람직하게는, Sb 함유량은 0.050 ％ 이하이다.

다음으로, 본 발명의 페라이트계 스테인리스강의 바람직한 제조 방법에 대해서 설명한다.

본 발명의 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 전로 또는 전기로 등의 용해로에서 강을 용제 (溶製) 하거나, 혹은 추가로 취과 정련 또는 진공 정련 등의 2 차 정련을 거쳐 상기 서술한 본 발명의 성분 조성을 갖는 강으로 한다. 그 후, 연속 주조법 혹은 조괴-분괴 압연법으로 강편 (강 슬래브) 으로 하고, 상기 강 슬래브를 열간 압연하여 열연판으로 하며, 그 열연판에 필요에 따라서 열연판 어닐링을 실시하여 열연 어닐링판으로 해도 된다. 그 후, 그 열연판 또는 열연 어닐링판에 냉간 압연을 실시하여 원하는 판두께의 냉연판으로 하고, 추가로 필요에 따라서 그 냉연판에 냉연판 어닐링을 실시하여 냉연 어닐링판으로 해도 된다.

또한, 열간 압연이나 냉간 압연, 열연판 어닐링, 냉연판 어닐링 등의 조건은 특별히 한정되지 않고, 통상적인 방법에 따르면 된다.

강을 용제하는 제강 공정은, 전로 혹은 전기로 등에서 용해시킨 강을 VOD (Vacuum Oxygen Decarburization) 법 등에 의해서 2 차 정련하고, 상기 필수 성분 및 필요에 따라서 첨가되는 성분을 함유하는 강으로 하는 것이 바람직하다. 용제된 용강은, 공지된 방법으로 강 소재 (강 슬래브) 로 할 수 있지만, 생산성 및 품질면에서는 연속 주조법에 의한 것이 바람직하다. 강 소재는, 그 후, 바람직하게는 1050 ∼ 1250 ℃ 에서 가열되고, 열간 압연에 의해서 원하는 판두께의 열연판이 된다. 물론, 판재 이외에 열간 가공할 수도 있다. 상기 열연판은, 그 후 필요에 따라서 900 ∼ 1150 ℃ 의 온도에서 연속 어닐링을 실시한 후, 산세 등에 의해서 탈스케일하여, 열연 제품으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 필요에 따라서, 산세 전에 숏 블라스트나 연삭 브러시 등에 의해서 스케일 제거해도 된다.

또한, 상기 열연 제품 (열연 어닐링판 등) 을, 냉간 압연 등의 공정을 거쳐 냉연 제품으로 해도 된다. 이 경우의 냉간 압연은, 1 회여도 되지만, 생산성이나 요구 품질상의 관점에서 중간 어닐링을 사이에 두는 2 회 이상의 냉간 압연으로 해도 된다. 1 회 또는 2 회 이상의 냉간 압연의 총압하율은, 60 ％ 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 70 ％ 이상이다. 냉간 압연된 강판은, 그 후, 바람직하게는 900 ∼ 1150 ℃, 더욱 바람직하게는 950 ∼ 1150 ℃ 의 온도에서 연속 어닐링 (마무리 어닐링) 하고, 산세하여, 냉연 제품으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 연속 어닐링을 광휘 어닐링으로 행하여 산세를 생략해도 된다. 또한 용도에 따라서는, 마무리 어닐링 후, 스킨 패스 압연 등을 실시하여, 강판의 형상이나 표면 조도, 재질 조정을 행해도 된다.

이상에서 설명한 본 발명의 페라이트계 스테인리스강은, 1 개 지점 이상의 접합부가 납땜에 의해서 조립되는 배열 회수기나 배기 가스 재순환 장치에 바람직하게 사용된다. 특히 상기 배열 회수기나 배기 가스 재순환 장치의 열교환기 부재에 바람직하게 사용된다.

실시예

표 1 에 나타낸 성분 조성을 갖는 강을 진공 용해로에서 용제하고, 1150 ℃ 에서 1 시간 가열한 후, 열간 압연에 의해서 판두께 4.0 ㎜ 의 열연판을 제조하였다. 1080 ℃ 에서 1 분간 유지하여 열연판 어닐링을 행한 후, 표면을 연삭 가공에 의해서 스케일을 제거하여 판두께 1.0 ㎜ 까지 냉간 압연하였다. 암모니아 분해 가스 분위기 중에서 1040 ℃ 에서 1 분간 유지하여 마무리 어닐링을 행하여 얻어진 냉연 어닐링판을, 그 표면을 에머리 연마지로 600 번까지 연마하고, 아세톤에 의한 탈지를 행하여 시험에 제공하였다.

이 냉연 어닐링판에 대해서, 이하와 같이 하여, Ni 함유 납재에 의한 납땜을 행하고, (1) 납땜성의 평가, 및, 납땜 처리 후의 냉연 어닐링판에 대해서, (2) σ 상의 석출량의 측정 및 (3) 내식성의 평가를 행하여, 그 결과를 표 2 에 나타내었다.

(1) 납땜성의 평가

제조된 냉연 어닐링판으로부터, 폭 50 ㎜, 길이 50 ㎜ 의 시험편을 잘라내어 수평으로 한 시험편의 표면에 직경 10 ㎜, 두께 1 ㎜ 의 Ni 함유 납 (JIS 규격 : BNi-5) 을 도포하고, 그 후, Ni 함유 납을 도포한 시험편을 납재를 도포한 면을 위로 하여 수평으로 둔 상태에서 1170 ℃, 1 Torr 의 질소 캐리어 가스 분위기로 10 분간 가열한 후, 상온까지 냉각시키는 납땜 처리를 행하였다. 그 후, 시험편 표면의 납재의 원 상당 직경 (가열 후의 납재의 원 상당 직경) 을 측정하였다. 그리고, 가열 전의 납재의 직경 (10 ㎜, 원 상당 직경도 같다) 에 대한 가열 후의 납재의 원 상당 직경의 비 (납재가 확산율) 를 구하고, 이하의 기준에서 평가하였다.

가열 전에 대한 가열 후의 납재가 확산율 = (가열 후의 납재의 원 상당 직경/가열 전의 납재의 직경 (10 ㎜)) × 100 (％)

◎ (합격, 특히 양호) : 160 ％ 이상

○ (합격) : 150 ％ 이상 160 ％ 미만

× (불합격) : 150 ％ 미만

(2) σ 상 석출량의 측정

납땜 처리 후의 각 냉연 어닐링판의 시험편을 사용하여, 납재가 부착되어 있지 않은 부분으로부터 L 단면 관찰용의 시료를 채취하여 전해 연마·왕수 에칭을 행한 후에, 광학 현미경으로 500 배에서 관찰한 시야 내에 있어서 ASTM E562 에 준거하여 포인트 카운트법으로 σ 상의 석출량 (면적 ％) 을 측정하였다. 또한, 관찰 위치는 시료의 판두께 중앙부로 하였다.

○ : 1.0 ％ 이하

× : 1.0 ％ 보다 많다

(3)내식성의 평가

납땜 처리 후의 각 냉연 어닐링판의 시험편을 사용하여, 납재가 부착되어 있지 않은 부분으로부터 가로세로 20 ㎜ 의 시험편을 채취하고, 이 시험편에 대해서 가로세로 11 ㎜ 의 측정면을 남겨 실리콘 수지제의 시일재로 피복하였다. 이어서, 이 시험편을 30 ℃ 의 3.5 ％ NaCl 수용액 중에 침지시키고, 상기 NaCl 수용액의 농도 이외에는 JIS G 0577 에 준거하여, 공식 전위 측정을 실시하였다. 자연 전위에서 10 분간 유지 후, 전위 소인 속도 20 mV/min 의 동전위법으로, 전류 밀도가 100 μA/㎠ 로 되었을 때의 전위를 공식 전위 Vc' 100 으로 하여, 그 값을 표 2 에 나타낸다. 또한, 배열 회수기나 EGR 쿨러의 열교환기 부분의 사용 조건을 고려하면, 공식 전위 Vc' 100 이 배열 회수기나 EGR 쿨러의 열교환기 부분에 실적이 있는 SUS304L 상당의 300 mV (vs SCE) 이상이면 내식성이 우수하다고 판정할 수 있다.

○ (합격) : 300 mV (vs SCE) 이상

× (불합격) : 300 mV (vs SCE) 미만

표 2 로부터, 발명예 No.1 ∼ 27 에서는 모두, 양호한 납땜성 및 우수한 내식성이 얻어졌다. 특히 Cr 함유량이 26.0 ％ 미만, Al 함유량이 0.015 ％ 이하이며 또한 Ni-2(Si＋Mn) ≥ 0.50 ％ 인 No.6, 9, 10, 12, 13, 16, 18, 19 및 21 은 특히 양호한 납땜성을 나타내었다.

이것에 비해서, 성분 조성이 적정 범위 외로 되는 비교예 No.28 ∼ 38 에서는, 양호한 납땜성 및 우수한 내식성을 동시에 만족할 수 없었다.

보다 구체적으로는, 비교예 No.28 (강 기호 B1) 에서는, Cr 함유량이 본 발명의 상한치 초과였기 때문에, 납땜 후의 마이크로 조직 중에 σ 상이 1.0 ％ 초과 석출되어, 우수한 내식성을 얻을 수 없었다.

비교예 No.29 (강 기호 B2) 에서는, Mo 함유량이 본 발명의 상한치 초과였기 때문에, 납땜 후의 마이크로 조직 중에 σ 상이 1.0 ％ 초과 석출되어, 우수한 내식성을 얻을 수 없었다.

비교예 No.30 (강 기호 B3) 에서는, Al 함유량이 본 발명의 상한치 초과였기 때문에, 양호한 납땜성을 얻을 수 없었다.

비교예 No.31 (강 기호 B4) 에서는, Si 함유량이 본 발명의 상한치 초과였기 때문에, 양호한 납땜성을 얻을 수 없었다. 또, 납땜 후의 마이크로 조직 중에 σ 상이 1.0 ％ 초과 석출되어, 우수한 내식성을 얻을 수 없었다.

비교예 No.32 (강 기호 B5) 에서는, Mn 함유량이 본 발명의 상한치 초과이고, 양호한 납땜성을 얻을 수 없었다. 또, 우수한 내식성을 얻을 수 없었다.

비교예 No.33 (강 기호 B6) 에서는, Nb 함유량이 본 발명의 상한치 초과였기 때문에, 납땜 후의 마이크로 조직 중에 σ 상이 1.0 ％ 초과 석출되어, 우수한 내식성을 얻을 수 없었다.

비교예 No.34 (강 기호 B7) 에서는, Cr 함유량이 본 발명의 하한치 미만이었기 때문에, 우수한 내식성을 얻을 수 없었다.

비교예 No.35 (강 기호 B8) 에서는, Mo 함유량이 본 발명의 하한치 미만이었기 때문에, 우수한 내식성을 얻을 수 없었다.

비교예 No.36 (강 기호 B9) 에서는, Ni 함유량이 본 발명의 하한치 미만이었기 때문에, 양호한 납땜성을 얻을 수 없었다. 또한, 납땜 후의 마이크로 조직 중에 σ 상이 1.0 ％ 초과 석출되어, 우수한 내식성을 얻을 수 없었다.

비교예 No.37 (강 기호 B10) 에서는, 모든 성분이 규정 범위이지만, 식 (2) 를 만족하지 않아, σ 상이 1.0 ％ 초과 석출되고, 우수한 내식성을 얻을 수 없었다.

비교예 No.38 (강 기호 B11) 에서는, 모든 성분이 규정 범위이지만, 식 (1) 을 만족하지 않아, 양호한 납땜성을 얻을 수 없었다.

본 발명에 의하면, 납땜에 의해서 조립되는 배열 회수기나 EGR 쿨러의 열교환기 부재 등의 배기 가스 재순환 장치에 사용하여 바람직한 페라이트계 스테인리스강이 얻어지기 때문에, 산업상 매우 유용하다.

Claims

질량％ 로,
C : 0.003 ∼ 0.030 ％,
Si : 0.01 ∼ 1.00 ％,
Mn : 0.05 ∼ 0.30 ％,
P : 0.050 ％ 이하,
S : 0.020 ％ 이하,
Cr : 24.0 ∼ 30.0 ％,
Ni : 1.50 ∼ 3.00 ％,
Mo : 1.00 ∼ 3.00 ％,
Al : 0.001 ∼ 0.020 ％,
Nb : 0.20 ∼ 0.80 ％,
N : 0.030 ％ 이하
를 함유하고, 이하의 식 (1), (2) 를 만족함과 함께, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 페라이트계 스테인리스강.
Ni-2(Si＋Mn) ≥ 0.00 ％ ··· (1)
Cr＋1.5 Mo＋Si＋1.5 Nb-2.5 Ni ≤ 25.0 ％ ··· (2)
(식 (1), (2) 중의 Ni, Si, Mn, Cr, Mo, Nb 는, 각 원소의 함유량 (질량％) 을 나타낸다.)
제 1 항에 있어서,
추가로 질량％ 로,
Cu : 0.01 ∼ 1.00 ％,
Co : 0.01 ∼ 1.00 ％,
W : 0.01 ∼ 2.00 ％
중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 페라이트계 스테인리스강.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
추가로 질량％ 로,
Ti : 0.01 ∼ 0.10 ％,
V : 0.01 ∼ 0.20 ％,
Zr : 0.01 ∼ 0.10 ％,
Mg : 0.0005 ∼ 0.0050 ％,
Ca : 0.0005 ∼ 0.0050 ％,
B : 0.0005 ∼ 0.0050 ％,
REM (희토류 금속) : 0.001 ∼ 0.100 ％,
Sn : 0.001 ∼ 0.100 ％,
Sb : 0.001 ∼ 0.100 ％
중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 페라이트계 스테인리스강.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
1 개 지점 이상의 접합부가 납땜에 의해서 조립되는, 배열 회수기용 또는 배기 가스 재순환 장치용인 페라이트계 스테인리스강.
제 3 항에 있어서,
1 개 지점 이상의 접합부가 납땜에 의해서 조립되는, 배열 회수기용 또는 배기 가스 재순환 장치용인 페라이트계 스테인리스강.