JP2023550410A

JP2023550410A - 強度、加工性及び耐食性が向上したフェライト系ステンレス鋼

Info

Publication number: JP2023550410A
Application number: JP2023530070A
Authority: JP
Inventors: ジオンパク，; ゾン－スペク，
Original assignee: ポスコカンパニーリミテッド
Priority date: 2020-11-19
Filing date: 2021-08-26
Publication date: 2023-12-01
Also published as: US20230416885A1; KR20220068743A; EP4249622A1; WO2022108058A1; CN116490628A; KR102424980B1

Abstract

【課題】原価が低いと共に強度、加工性及び耐食性が向上したフェライト系ステンレス鋼を提供する。【解決手段】上述した目的を達成するための手段として、本発明の一例によるフェライト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．０００５～０．０２％、Ｎ：０．００５～０．０２％、Ｓｉ：０．７～１．０％、Ｃｒ：１６．０～１７．０％、Ｔｉ：０．０５～０．３％、残りはＦｅ及び不可避な不純物を含み、下記式（１）の値が２１以上２５以下を満足し、引張強度が４７０ＭＰａ以上、延伸率が２７％以上であってもよい。（１）７＊Ｓｉ＋Ｃｒ前記式（１）で、Ｓｉ、Ｃｒは、各元素の含量（重量％）を意味する。【選択図】図１

Description

本発明は、強度、加工性及び耐食性が向上したフェライト系ステンレス鋼に係り、より詳しくは、原価が低いと共に強度、加工性及び耐食性が向上したフェライト系ステンレス鋼に関する。

フェライト系ステンレス鋼は、美麗な表面品質を有しオーステナイト系ステンレス鋼に比べて価格が安いため、洗濯機、冷蔵庫、各種家電製品など多様な産業分野で用いられる。
最近、プレミアム家電製品に対する需要が増えるに従って耐食性が一層高く、強度が高いフェライト系ステンレス鋼に対する要求が大きくなっている。また、同時に原価低減も要求されているので、これを満足するための鋼材の開発が必要であるのが実情である。

多様な産業分野に適用されるためには、複雑な形状などに加工されなければならない。
一般的に、固溶強化効果を通じて強度を向上させる場合、加工性が低下する恐れがあるので、十分な強度と加工性を確保するためには適切な合金設計が必要である。

また、既存の高強度フェライト系ステンレス鋼であるＳＴＳ４３０鋼種は、強度は高いが、Ｃ、Ｎが高く、Ｔｉ、Ｎｂのような安定化元素がないため、耐食性が落ちる問題があった。Ｃ、Ｎを低め、ＴｉやＮｂを添加して耐食性を向上させたものもあるが、高価のＮｂを添加した場合には、価格上昇の負担があり、Ｔｉを添加した場合には、価格上昇の負担は少ないが、強度が下落して要求強度を満足させにくい。したがって、原価が低いと共に耐食性と強度、加工性が向上したフェライト系ステンレス鋼の開発が必要である。

韓国公開特許第１０－２０１０－００７５１９０号公報

上述した問題点を解決するために、本発明は、原価が低いと共に強度、加工性及び耐食性が向上したフェライト系ステンレス鋼を提供しようとする。

上述した目的を達成するための手段として、本発明の一例によるフェライト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．０００５～０．０２％、Ｎ：０．００５～０．０２％、Ｓｉ：０．７～１．０％、Ｃｒ：１６．０～１７．０％、Ｔｉ：０．０５～０．３％、残りはＦｅ及び不可避な不純物からなり、下記式（１）の値が２１以上２５以下を満足し、引張強度が４７０ＭＰａ以上、延伸率が２７％以上であってもよい。
（１）７＊Ｓｉ＋Ｃｒ
前記式（１）で、Ｓｉ、Ｃｒは、各元素の含量（重量％）を意味する。
また、本発明の各フェライト系ステンレス鋼において、下記式（２）の値が２０以上を満足し、孔食電位値が１５０ｍＶ以上であってもよい。
（２）Ｃｒ＋４＊Ｓｉ＋０．１＊Ｔｉ／（Ｃ＋Ｎ）
前記式（２）で、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃ、Ｎは、各元素の含量（重量％）を意味する。

本発明の実施例によると、合金組成の設計を通じて原価が低いと共に強度、加工性及び耐食性が向上したフェライト系ステンレス鋼を提供することができる。
本発明によると、Ｓｉを上向添加し、Ｃｒ添加量を減らして原料費を低減することができる。
本発明によると、Ｓｉを上向添加し、Ｓｉ、Ｃｒ含量を調節する新しい組成のパラメータを通じて強度と加工性を向上させ得る。一実施例によるフェライト系ステンレス鋼は、引張強度が４７０ＭＰａ以上であるとともに延伸率が２７％以上であってもよい。
本発明によると、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃ、Ｎの含量を調節する新しい組成のパラメータを通じて耐食性を向上させ得る。一実施例によるフェライト系ステンレス鋼は、孔食電位値が１５０ｍＶ以上であってもよい。
好ましい一実施例によるフェライト系ステンレス鋼は、引張強度が４７０ＭＰａ以上、延伸率が２７％以上、孔食電位値が１５０ｍＶ以上であってもよい。

式（１）値による各実施例の引張強度値を示したグラフである。式（１）値による各実施例の延伸率値を示したグラフである。式（２）値による各実施例の孔食電位値を示したグラフである。

本発明のフェライト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．０００５～０．０２％、Ｎ：０．００５～０．０２％、Ｓｉ：０．７～１．０％、Ｃｒ：１６．０～１７．０％、Ｔｉ：０．０５～０．３％を含み、残りがＦｅ及び不可避な不純物からなり、下記式（１）の値が２１以上２５以下を満足し、引張強度が４７０ＭＰａ以上、延伸率が２７％以上であってもよい。
（１）７＊Ｓｉ＋Ｃｒ
前記式（１）で、Ｓｉ、Ｃｒは、各元素の含量（重量％）を意味する。

以下では、本発明の好ましい実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は、様々な他の形態に変形され得、本発明の技術思想が以下で説明する実施形態によって限定されるものではない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野において平均的な知識を有した者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
本出願で用いる用語は、ただ特定の例示を説明するために用いられるものである。例えば、単数の表現は、文脈上明白に単数である必要がない限り、複数の表現を含む。付け加えて、本出願で用いられる「含む」又は「具備する」などの用語は、明細書上に記載した特徴、段階、機能、構成要素又はこれらを組み合わせたものが存在することを明確に指称するために用いられ、他の特徴や段階、機能、構成要素又はこれらを組み合わせたものの存在を予備的に排除しようと使用するものではないことに留意すべきである。
一方、別に定義しない限り、本明細書で使用する全ての用語は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有した者が一般的に理解できるものと同一の意味を有すると見なければならない。したがって、本明細書で明確に定義しない限り、特定用語が過度に理想的や形式的な意味として解釈されてはいけない。例えば、本明細書で単数の表現は、文脈上明白に例外がない限り、複数の表現を含む。
また、本明細書の「約」、「実質的に」などは、言及した意味に固有の製造及び物質の許容誤差が提示されるときその数値で又はその数値に近接した意味で用いられ、本発明の理解を助けるために正確であるか絶対的な数値が言及された開示内容を非良心的な侵害者が不当に利用することを防止するために用いられる。

既存の家電用高強度フェライト系ステンレス鋼であるＳＴＳ４３０鋼種は、耐食性が低いという問題があり、耐食性を改善するためにＮｂを添加すると、原価が上昇する問題があり、Ｔｉを添加すると、強度が下落する問題がある。このような問題を解決するために、本発明者らは、原価を下げると共に強度及び耐食性を向上させ得る方案に対して深く研究した。その結果、Ｔｉを添加したフェライト系ステンレス鋼の成分系に基づいてＳｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃ、Ｎの合金成分の含量を成分関係式などで制御することによって、上述した課題を解決できることを確認し、本発明を完成するに至った。

本発明のフェライト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．０００５～０．０２％、Ｎ：０．００５～０．０２％、Ｓｉ：０．７～１．０％、Ｃｒ：１６．０～１７．０％、Ｔｉ：０．０５～０．３％を含み、残りがＦｅ及び不可避な不純物からなることができる。

各合金元素の成分範囲を限定した理由を以下で敍述する。
Ｃの含量は、０．０００５～０．０２重量％であってもよい。
Ｃの含量が０．０００５重量％未満であると、高純度製品を作るための精錬価格が高くなり、Ｃの含量が０．０２重量％を超過すると、素材の不純物が増加して延伸率と耐食性が落ちる問題がある。延伸率と耐食性を向上させるために、Ｃの含量は、好ましくは、０．０１重量％以下であってもよい。
Ｎの含量は、０．００５～０．０２重量％であってもよい。
Ｎの含量が０．００５重量％未満であると、ＴｉＮの晶出が減ってスラブの等軸晶率が落ち、Ｎの含量が０．０２重量％を超過すると、素材の不純物が増加して延伸率と耐食性が落ちる問題がある。延伸率と耐食性を向上させるために、Ｎの含量は、好ましくは、０．０１５重量％以下であってもよい。

Ｓｉの含量は、０．７～１．０重量％であってもよい。
既存のＳＴＳ４３０鋼種は、Ｓｉの含量が０．３～０．６重量％で低かったが、本発明では、Ｓｉの含量を０．７～１．０重量％の範囲に増やして強度及び耐食性を確保しようとする。Ｓｉの含量が０．７重量％未満であると、Ｓｉの固溶量が不十分で引張強度と耐食性が低下し、Ｓｉの含量が１．０重量％を超過すると、素材の強度が過度に増加して延伸率が低下する問題がある。強度及び耐食性の向上のために、より好ましくは、Ｓｉの含量は、０．８～１．０重量％の範囲に制御され得る。このとき、Ｓｉの目標含量は、０．９重量％であってもよい。
本発明によるステンレス鋼は、既存のＳＴＳ４３０鋼種に比べてＳｉ含量を増やすことで耐食性が向上する。ＳＴＳ４３０鋼種の孔食電位は、１４５ｍＶ以下であるが、本発明によるフェライト系ステンレス鋼は、１５０ｍＶ以上の孔食電位を有し、１６０ｍＶ以上の孔食電位も確保が可能である。

Ｃｒの含量は、１６．０～１７．０重量％であってもよい。
Ｃｒの含量が１６．０重量％未満であると、十分な耐食性と強度を確保しにくく、Ｃｒの含量が１７．０重量％を超過すると、価格上昇の負担が大きくなる問題がある。既存のＳＴＳ４３０鋼種のＣｒ含量も１６．０～１７．０重量％の範囲であったが、耐食性の確保のために１６．７重量％以上のＣｒを含有する必要があった。しかし、本発明では、Ｓｉの含量増加を通じて耐食性及び強度を向上させ得るので、Ｃｒの含量を１６．５％以下に制限可能で一層製造原価を節減し得る。それによって、好ましいＣｒの含量は、１６．０～１６．５重量％であってもよい。Ｃｒの含量は、より好ましくは、１６．１～１６．３重量％であってもよい。
Ｔｉの含量は、０．０５～０．３重量％であってもよい。
Ｔｉの含量が０．０５重量％未満であると、固溶されたＣ、Ｎ元素を十分に固定できず耐食性が低下する問題があり、Ｔｉの含量が０．３重量％を超過すると、Ｔｉ系介在物による欠陥が増加することになる。耐食性を向上させるための目的で、Ｔｉの含量は、好ましくは、０．１８～０．２５重量％であってもよい。

本発明の残り成分は、鉄（Ｆｅ）である。ただし、通常の製造過程では、原料又は周囲環境から意図しない不純物が不可避に混入することがあるので、これを排除することはできない。これらの不純物は、通常の製造過程の技術者であれば、誰でも知ることができるので、その全ての内容を特に本明細書で言及しない。
上述した合金組成のうちＳｉ、Ｃｒは、フェライト系ステンレス鋼の耐食性と強度、加工性に密接な連関がある成分である。ＳｉとＣｒは、フェライト系ステンレス鋼の不動態被膜を強化して耐食性を向上させると同時に基地に固溶されて強度を向上させる元素である。しかし、ＳｉとＣｒは、加工性を低下させる元素であるので、各元素と材質の間の相関関係を把握して最適の成分を導出しなければならない。

これに着眼して、本発明の発明者らは、上述した合金組成内で引張強度と延伸率を向上させるための合金組成の相関関係を研究して、下記式（１）の値が２１以上２５以下を満足する場合、４７０ＭＰａ以上の引張強度、２７％以上の延伸率を満足し得ることを導出した。
（１）７＊Ｓｉ＋Ｃｒ
前記式（１）で、Ｓｉ、Ｃｒは、各元素の含量（重量％）を意味する。
式（１）の値が２１未満である場合、Ｓｉ、Ｃｒの固溶強化効果が十分に発揮されず、４７０ＭＰａ以上の引張強度を確保しにくい。一方、式（１）の値が２５を超過する場合、加工性が低下して２７％以上の延伸率を確保しにくい。

また、本発明者らは、耐食性を向上させるために、Ｓｉ、Ｃｒの含量とともにＴｉ、Ｃ、Ｎの含量と耐食性との相関関係を研究した。Ｃは、熱処理などにより熱影響を受けた部位の粒界でＣｒ炭化物を形成し、Ｃｒ炭化物の周辺には、Ｃｒ濃度の低下及び枯渇現象が起きて粒界腐食を誘発することができる。Ｔｉは、Ｃ、Ｎを固定させてＣｒ炭化物より安定したＴｉ（Ｃ、Ｎ）の炭窒化物を形成することによって、Ｃｒ析出を抑制して耐食性を向上させ得る。
これに着眼して、本発明の発明者らは、上述した合金組成内で耐食性を向上させるための合金組成の相関関係を研究して、下記式（２）の値が２０以上を満足する場合、１５０ｍＶ以上の孔食電位を満足し得ることを導出した。
（２）Ｃｒ＋４＊Ｓｉ＋０．１＊Ｔｉ／（Ｃ＋Ｎ）
前記式（２）で、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃ、Ｎは、各元素の含量（重量％）を意味する。
式（２）の値が２０未満である場合、十分な耐食性を確保せず１５０ｍＶ以上の孔食電位を確保しにくい。

以下、実施例を通じて本発明をより具体的に説明する。ただし、下記の実施例は本発明を例示してより詳細に説明するためのものに過ぎず、本発明の権利範囲を限定するためのものではないという点に留意する必要がある。本発明の権利範囲は、特許請求の範囲に記載した事項とそれから合理的に類推される事項によって決定されるものであるからである。

＜実施例＞
下記表１の組成を有する鋼を連続鋳造を通じてスラブで製造した後、８００～１２５０℃で熱間圧延した後、焼鈍し、冷間圧延した後、８００～９５０℃で最終焼鈍して最終冷延製品としてフェライト系ステンレス鋼板を製造した。表１で式（１）、（２）値は、表１の組成を本明細書内に記述した式（１）、（２）値に代入して導出した値である。
製造された冷延製品に対して圧延方向の９０°方向に試験片をＪＩＳ１３Ｂで加工して常温で引張強度（ＭＰａ）と延伸率（％）を測定し、素材表面を＃６００研磨をした後、常温３．５％ＮａＣｌ溶液で孔食電位（Ｅ_ｐｉｔ、ｍＶ）を測定した。測定された結果は、表２に整理して示した。

表１及び表２を参照すると、発明例は、本発明で限定する合金組成及び式（１）値が２１以上である結果、引張強度が４７０ＭＰａ以上であることが分かり、式（１）値が２５以下である結果、延伸率が２７％以上であることが分かる。また、式（２）の値が２０以上である結果、孔食電位値が１５０ｍＶ以上であることが分かる。また、式（１）の値が２１以上２５以下、式（２）の値が２０以上を全て満足する場合には、引張強度が４７０ＭＰａ以上、延伸率が２７％以上、孔食電位値が１５０ｍＶ以上を全て満足することが分かる。

一方、比較例の鋼種Ａ、Ｂは、Ｓｉの含量が本発明が限定するＳｉ含量の下限である０．７重量％に未達であり、式（１）の値が２１未満であり、式（２）の値が２０未満であった。その結果、延伸率は、３０％以上と高かったが、引張強度は、４７０ＭＰａ未満であり、孔食電位値が１５０ｍＶ未満であった。

比較例の鋼種Ｃは、Ｃｒの含量が本発明が限定するＣｒ含量の下限である１６．０重量％に未達であり、式（１）の値が２１未満であり、式（２）の値が２０未満であった。
その結果、延伸率は、３０％以上と高かったが、引張強度は、４７０ＭＰａ未満であり、孔食電位値が１５０ｍＶ未満であった。
比較例の鋼種Ｄ、Ｅは、Ｓｉの含量が本発明が限定するＳｉ含量の上限である１．０重量％を超過し、式（１）の値が２５を超過した。その結果、引張強度は、４７０ＭＰａ以上であったが、延伸率が２７％未満であった。
比較例の鋼種Ｆは、Ｔｉの含量が本発明が限定するＴｉ含量の下限である０．０５重量％に未達であり、式（２）の値が２０未満であった。その結果、引張強度が４７０ＭＰａ以上、延伸率が２７％以上であったが、孔食電位値が１５０ｍＶ未満であった。

添付した図１、２、３は、上の結果を可視化したグラフである。図１は、式（１）値による各実施例の引張強度値を示したグラフである。図１によると、式（１）の値が２１以上である場合、４７０ＭＰａ以上の引張強度を確保し得ることが分かる。ただし、図２によると、式（１）の値が２１以上を満足して引張強度が４７０ＭＰａ以上である比較例の鋼種Ｄ、Ｅは、式（１）の値が２５を超過して延伸率が２７％未満であることが分かる。
図３は、式（２）値による各実施例の孔食電位値を示したグラフである。図３によると、式（２）の値が２０以上である場合、１５０ｍＶ以上の孔食電位を確保し得ることが分かる。

以上、本発明の例示的な実施例を説明したが、本発明はこれに限定されず、該当技術分野において通常の知識を有した者であれば、次に記載する特許請求の範囲の概念と範囲を脱しない範囲内で多様に変更及び変形が可能であることを理解すべきである。

本発明によると、Ｓｉ及びＣｒの含量を調節して原価が低減されたフェライト系ステンレス鋼を提供することができる。また、本発明によると、組成パラメータを通じて強度、加工性及び耐食性を向上させたフェライト系ステンレス鋼を提供することができる。したがって、各種家電製品など多様な産業分野に用いられ得る。

Claims

重量％で、Ｃ：０．０００５～０．０２％、Ｎ：０．００５～０．０２％、Ｓｉ：０．７～１．０％、Ｃｒ：１６．０～１７．０％、Ｔｉ：０．０５～０．３％を含み、残りがＦｅ及び不可避な不純物からなり、
下記式（１）の値が２１以上２５以下を満足し、引張強度が４７０ＭＰａ以上、延伸率が２７％以上であることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼：
（１）７＊Ｓｉ＋Ｃｒ
（前記式（１）で、Ｓｉ、Ｃｒは、各元素の含量（重量％）を意味する）。
下記式（２）の値が２０以上を満足し、孔食電位値が１５０ｍＶ以上であることを特徴とする請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼：
（２）Ｃｒ＋４＊Ｓｉ＋０．１＊Ｔｉ／（Ｃ＋Ｎ）
（前記式（２）で、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃ、Ｎは、各元素の含量（重量％）を意味する）。